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北京正负电子对撞机重启同步辐射 超强X光给物质微观成像

2007-01-02 00:39 李斌、杨文婷 新华网 阅读 0
核心摘要: 2006年,完成第二阶段改造的北京正负电子对撞机同步辐射装置重启,性能大幅提升,X光亮度提高一个数量级。该装置利用超强X射线为生物、材料等领域提供原子级微观成像,已成功用于线虫、小鼠耳蜗等研究。如今,该设施仍稳定运行,是我国同步辐射研究的重要支撑。

2006年12月,完成第二阶段改造的北京正负电子对撞机(BEPC)同步辐射装置重新向用户开放,标志着我国在高亮度同步辐射光源领域迈出关键一步。该装置利用正负电子对撞产生的超强X射线,为生物、材料、物理等学科提供高分辨率的微观结构成像能力。

正负电子对撞机是一种先进的粒子加速器,是研究物质微观基本构成与相互作用规律的核心工具。经国家批准,2004年起投入6.4亿元进行改造,目标是将同步辐射X光亮度提高一个数量级。改造分直线加速器、储存环和探测器三阶段,其中储存环改造最为关键——将一个储存环变为两个独立环,使电子束流能量从22亿电子伏特提升至25亿电子伏特,流强达120毫安,同步辐射强度成倍增强。

“电子在储存环中拐弯时产生X光,其强度比医用X光强至少百万倍。”中科院高能物理研究所所长陈和生院士介绍。由于X光波长约0.1纳米,可精准探测物质的原子级微观结构。配合改造,科学家增建了第三个实验大厅,新建2条光束线(总数达15条),并优化了聚焦光学,使兼用光亮度提升一个数量级。首批开放的8条光束线已接收来自生命科学、材料科学、医学、环境科学等领域的用户实验。例如,研究人员利用同步辐射探测线虫摄入稀土后的变化,以及通过X射线显微层析技术获得小鼠耳蜗和果蝇的三维结构,为听觉研究等提供关键数据。

回顾历史,2006年的这次重启是北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)的重要里程碑。2008年底改造全面达标,2009年通过国家验收。此后,该装置持续稳定运行,支撑了大量高水平科研,例如在蛋白质结构解析、催化剂原位表征、纳米材料形貌分析等方面产出众多成果。如今,随着北京高能同步辐射光源(HEPS)的建设和预研,我国同步辐射光源能力正从第三代向第四代跨越,但BEPC同步辐射装置作为骨干设施,仍在发挥不可替代的作用。

这次改造不仅证实了双环结构的工程创新,也为我国后续大型加速器建设积累了宝贵经验。陈和生院士指出,同步辐射光的广泛应用将推动多学科交叉前沿研究,尤其在生命动态过程成像和能源材料开发中展现巨大潜力。

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