12月22日至23日,硬 X 射线自由电子激光装置(SHINE)注入器顺利通过项目经理部组织的束流性能测试验收,标志着我国高重频自由电子激光装置建设取得关键进展。
SHINE 是基于连续波超导加速器的新一代高重频自由电子激光装置,其注入器作为直线加速器的前端,为后续加速提供高亮度、高重频电子束脉冲,决定着超导直线加速器的主要束流性能。此次验收会专家组由来自中国科学院近代物理研究所、粤港澳大湾区(广东)量子科学中心、中国科学技术大学、上海交通大学、北京大学、清华大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院大连化学物理研究所、中国工程物理研究院的 13 位专家组成。
专家组对注入器性能参数进行现场测试,结果显示,在 50pC 电荷量注入器验收工作点,束团电荷量 51.1pC ,电子束能量达 100.2MeV,重复频率达到 100.3 kHz,单脉冲峰值流强 12.8A,归一化投影和切片发射分别为 0.46mm·mrad 和 0.33mm·mrad,全部达到设计指标。在100pC 电荷量注入器设计工作点,束团电荷量 100.0pC ,单脉冲峰值流强 10.1A,归一化投影和切片发射分别为 0.56mm·mrad 和0.44mm·mrad,束流能量、峰值流强和切片发射度达到设计指标。
专家组认为,注入器测试期间实现了稳定运行,束流性能和射频系统幅相稳定性均达到初步设计报告的验收指标。
SHINE 注入器是国际上第二台电子束能量在 100MeV 级别的兆赫兹级重频、高亮度注入器,在常温射频连续波电子枪和聚束腔、超导射频连续波加速模组等多方面实现关键技术突破。自 2024 年 9 月完成总装和超导模组降温,10月底启动射频、低温和束流调试,并于调束首日实现注入器全线贯通及100MeV加速设计指标后,经过 7 周调试达到此次验收指标,这是工程建设继 2023 年底注入器电子枪段实现相关指标后的又一重要里程碑。
目前,SHINE 直线加速器工艺设备全面进入加工制造与安装阶段,预计 2027 年第二季度完成直线加速器调束验收,为2027年底建成SHINE装置奠定基础。建成后,SHINE 将成为世界上最先进的X射线自由电子激光之一,为众多学科前沿提供高分辨成像、超快过程探索等前所未有的先进研究手段,有力支撑和推动我国基础科学前沿发展。
中国科学院上海高等研究院作为项目主要建设单位之一,负责硬X射线自由电子激光装置加速器总体、公用设施总体工程建设任务,参与束线站总体工程建设工作。
SHINE注入器由中国科学院上海高等研究院负责研制、集成和调试。