12月22日至23日,硬 X 射線自由電子激光裝置(SHINE)注入器順利通過項目經理部組織的束流性能測試驗收,標志著我國高重頻自由電子激光裝置建設取得關鍵進展。
SHINE 是基于連續波超導加速器的新一代高重頻自由電子激光裝置,其注入器作為直線加速器的前端,為后續加速提供高亮度、高重頻電子束脈沖,決定著超導直線加速器的主要束流性能。此次驗收會專家組由來自中國科學院近代物理研究所、粵港澳大灣區(廣東)量子科學中心、中國科學技術大學、上海交通大學、北京大學、清華大學、中國科學院高能物理研究所、中國科學院大連化學物理研究所、中國工程物理研究院的 13 位專家組成。
專家組對注入器性能參數進行現場測試,結果顯示,在 50pC 電荷量注入器驗收工作點,束團電荷量 51.1pC ,電子束能量達 100.2MeV,重復頻率達到 100.3 kHz,單脈沖峰值流強 12.8A,歸一化投影和切片發射分別為 0.46mm·mrad 和 0.33mm·mrad,全部達到設計指標。在100pC 電荷量注入器設計工作點,束團電荷量 100.0pC ,單脈沖峰值流強 10.1A,歸一化投影和切片發射分別為 0.56mm·mrad 和0.44mm·mrad,束流能量、峰值流強和切片發射度達到設計指標。
專家組認為,注入器測試期間實現了穩定運行,束流性能和射頻系統幅相穩定性均達到初步設計報告的驗收指標。
SHINE 注入器是國際上第二臺電子束能量在 100MeV 級別的兆赫茲級重頻、高亮度注入器,在常溫射頻連續波電子槍和聚束腔、超導射頻連續波加速模組等多方面實現關鍵技術突破。自 2024 年 9 月完成總裝和超導模組降溫,10月底啟動射頻、低溫和束流調試,并于調束首日實現注入器全線貫通及100MeV加速設計指標后,經過 7 周調試達到此次驗收指標,這是工程建設繼 2023 年底注入器電子槍段實現相關指標后的又一重要里程碑。
目前,SHINE 直線加速器工藝設備全面進入加工制造與安裝階段,預計 2027 年第二季度完成直線加速器調束驗收,為2027年底建成SHINE裝置奠定基礎。建成后,SHINE 將成為世界上最先進的X射線自由電子激光之一,為眾多學科前沿提供高分辨成像、超快過程探索等前所未有的先進研究手段,有力支撐和推動我國基礎科學前沿發展。
中國科學院上海高等研究院作為項目主要建設單位之一,負責硬X射線自由電子激光裝置加速器總體、公用設施總體工程建設任務,參與束線站總體工程建設工作。
SHINE注入器由中國科學院上海高等研究院負責研制、集成和調試。