圖 1 高能同步輻射光源鳥瞰圖

圖 2 HEPS增強器實時運行參數

中國能量最高的電子加速器

我國目前運行的電子加速器包括合肥光源(HLS)的直線加速器和儲存環，均為0.8吉電子伏特(即0.8×10^9電子伏特);北京正負電子對撞機(BEPCII)的直線加速器和儲存環，目前均運行在1.89吉電子伏特;臺灣光源(TLS)的儲存環，運行能量為1.5吉電子伏特;臺灣光子源(TPS)的增強器和儲存環，運行能量為3吉電子伏特;以及上海光源(SSRF)的增強器和儲存環，最高可運行在3.5吉電子伏特;等等。HEPS增強器的引出能量高達6吉電子伏特，為國內最高。

中國大陸運行的最大的環形加速器

目前我國的大型環形加速器包括上海光源(SSRF)的儲存環(周長432米)、臺灣光源(TLS)的儲存環(周長120米)、臺灣光子源(TPS)的儲存環和增強器(周長分別為518.4米和496.8米)。HEPS增強器的周長為454米，由四個超周期對稱結構組成，目前是大陸最大的環形加速器，在相同規模周長情況下，它的能量卻高出近1倍。增強器是一種環形加速器，更高能量的環形加速器，通常采用較長的周長來獲得更好的束流品質和壽命。

中國單束團電荷量最高的增強器

增強器起著承上啟下的作用，在較低的能量(稱為注入能量)下接收上游加速器(一般為直線加速器)的電子束，之后將束流加速到與儲存環相同的能量(稱為增強器的引出能量)，最后引出束流并注入至儲存環內。單束團電荷量的提升意味著可以快速地提升儲存環每個束團的電荷量。另一方面，單束團電荷量的提高卻要面對巨大的挑戰，需要解決諸如束團集體效應、俘獲和傳輸效率等問題。我國在運行的兩臺增強器的單束團電荷量都不超過2納庫，而HEPS增強器現已實現了超過5納庫的單束團電荷量。

世界同能量級別增強器中發射度最小

發射度是衡量電子束匯聚程度的一個物理量，發射度越小，束流匯聚的越小。為了實現世界最亮的第四代同步輻射光源之一，HEPS儲存環的發射度設計指標為34皮米(1×10^-12米)弧度，比典型的第三代儲存環低近兩個量級，因此也就需要增強器提供更加匯聚的束流以提高儲存環的束流俘獲效率。而環形加速器的束流發射度是和電子束能量的平方成正比，即能量越高，降低發射度越難。HEPS增強器的能量最高6吉電子伏特，與歐洲的ESRF-EBS、美國的APS-U以及日本的SPring-8的增強器同屬于高能增強器，降低發射度具有巨大的難度。在磁聚焦結構設計時，HEPS增強器采取了極致的優化措施來有效地降低發射度，在高能增強器中發射度最低。

世界首臺可以儲存環模式運行的增強器

在環形電子加速器中，用以加速的高頻電場在環中確定了許多等間隔的穩定區，稱為相穩定區。只有在相穩定區內的電子才能存活。根據HEPS的運行需求，需要將直線加速器的束流注入到增強器幾個特定的相穩定區內，而增強器中每個相穩定區內的束流需要引出并注入到儲存環的任意一個相穩定區內。要完成這些功能，增強器需要在注入能量和引出能量停留足夠長的時間，并且束流需具有足夠長的壽命，這種運行模式與儲存環的運行模式相同。增強器以這種模式運行，不僅需要磁鐵的電源同時具備很高的靜態穩定性和動態跟蹤精度，而且需要準確的定時信號和巧妙的邏輯來控制這些進程。相比于其他增強器類正弦的能量變化方式，HEPS增強器具有更高的靈活性和可調控性。

作為儲存環的滿能量注入器，HEPS增強器有注入、升能、回注、累積和引出等工作階段，主要負責將電子束流從500兆電子伏特加速到6吉電子伏特，為儲存環提供高品質的電子束。目前，HEPS增強器已經完成了從直線加速器的注入以及升能調試。按照設計，在儲存環完成建設之后，增強器還會進行引出調試，還將進而接收從儲存環返回來的電子束，和直線加速器來的電子束匯合，屆時這兩束電子就像一對華爾茲舞者，在增強器和儲存環這兩個環環相扣的舞池里曼舞。