近日，美國能源部(DOE)位于阿貢國家實驗室的用戶設施——先進光子源(APS)在完成升級后，再次為同步加速器科學樹立了新的全球標桿。其電子儲存環實現了僅為33皮米 - 弧度(pm·rad)的水平發射度，這是迄今為止在同步加速器X射線光源中測得的最低水平發射度。

這一成果建立在先前APS測量基礎之上，進一步證實了該設施在經過一年全面升級停運后恢復運營時的世界領先地位。

美國物理學會主任、阿貢國家實驗室光子科學副主任兼APS主任勞倫特·夏蓬(Laurent Chapon)表示：“這不僅對我們團隊來說是令人興奮的，他們努力構想、設計、制造、建造和調試新的儲存環，而且對整個光源界和科學家們來說也是如此，他們將在未來幾十年利用更明亮的光束對科學和社會產生積極影響。”

APS加速器系統部門副主任、升級設計背后的構想者之一邁克爾·博蘭德(Michael Borland)稱：“新的APS電子存儲環旨在為這種規模的設備提供盡可能低的發射度，它依賴于幾個從未使用過的想法：反向彎曲磁鐵和一種新穎的補充環內電子的方法。”

發射度是指電子束的尺寸和角度擴展，是決定X射線亮度的關鍵因素。較低的發射度意味著電子束更緊密地聚集在一起，從而為科學研究提供更明亮、更聚焦的X射線。最新測量結果顯示，33 pm·rad的輻射強度超過了歐洲同步輻射裝置“極亮源”保持的134 pm·rad的世界紀錄。此前，APS的測量結果已打破這一紀錄，在50毫安束流下，水平輻射強度達到45 pm·rad，此次更新的33 pm·rad數據凸顯了該裝置前所未有的性能。

APS的升級包括安裝一個全新的電子儲存環，以取代運行超過25年的原有儲存環。新設計融合了反向彎曲磁鐵和新穎的補充注入方案等先進功能，使其成為同規模設施中最先進的儲存環。

由于電子束尺寸極小，直接測量電子束的發射度極具挑戰性。APS科學家利用29 - ID和3 - ID - B光束線的高精度X射線診斷設備，表征了正常運行期間電子束的特性。

目前，該設施已恢復承辦其首批外部用戶實驗，并將于2025年全年上線更多光束線。每年有超過5000名研究人員使用APS，利用其強X射線束推動儲能、微電子、量子材料和醫學等領域的發展。

博蘭德表示：“看到這一切最終實現，真是令人激動。從構思到設計，再到功能齊全的儲存環，再到世界領先的發射度測量，這簡直無與倫比。我們都期待著科學界將如何運用這些非凡的新技術。”

美國能源部科學辦公室位于阿貢國家實驗室的先進光子源(APS)是世界上生產力最高的X射線光源設施之一。APS為材料科學、化學、凝聚態物理、生命與環境科學以及應用研究領域的各類研究人員提供高亮度X射線束。這些X射線非常適合探索材料和生物結構、元素分布、化學、磁性和電子狀態，以及從電池到燃油噴射噴霧等各種具有重要技術的工程系統，所有這些都是美國國家經濟、技術和身體健康的基礎。每年，超過5000名研究人員使用APS發表2000多篇出版物，詳細介紹具有影響力的發現，并比任何其他X射線光源研究設施的用戶解決更多重要的生物蛋白質結構。APS科學家和工程師創新技術，這些技術是推動加速器和光源操作的核心，包括產生極亮X射線的插入裝置、將X射線聚焦到幾納米的透鏡、最大化X射線與所研究樣本相互作用方式的儀器，以及收集和管理APS發現研究產生的大量數據的軟件。

該項研究使用了先進光子源的資源，先進光子源是美國能源部科學辦公室用戶設施，由阿貢國家實驗室根據合同編號DE - AC02 - 06CH11357為能源部科學辦公室運營。