硬X射線自由電子激光裝置注入器實現100MeV束流加速

近日，硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）開啟注入器束流調試并實現束流貫通。束流加速能量達到工程設計要求的100兆電子伏特（MeV）。

SHINE作為最新一代基于連續(xù)波超導加速器的高重頻自由電子激光裝置，將建設1臺電子能量8吉電子伏特的超導直線加速器和若干波蕩器線、光束線及實驗站。注入器是SHINE直線加速器的主要組成部分之一，包含一臺光陰極常溫連續(xù)波甚高頻（VHF）電子槍、一個常溫L波段聚束器、工作在2K液氦溫區(qū)的一臺單腔超導加速模組和八腔超導加速模組等束流加速設備。SHINE注入器在國內率先實現了一系列關鍵技術突破，如VHF電子槍、高品質因數連續(xù)波超導射頻加速模組等，采用了束流微聚束控制、束流測量和束團分配的多項關鍵技術，如控制能散的激光電子束加熱器、測量束長的S波段偏轉結構、分配束團的脈沖磁鐵等。

電子槍發(fā)射的20皮庫（pC）束團電荷量經聚束器加速后，首次進入超導模組段加速單元�，F場調試人員依次完成兩臺超導加速模組共9支超導加速腔的幅相調節(jié)和相位掃描，且束流加速能量達到工程設計要求的100MeV。經初步優(yōu)化，束團電荷量為20pC、重復頻率為10Hz、能量為100MeV的束流抵達注入器末端的45kW滿功率廢束桶，實現注入器束流貫通。

目前，SHINE直線加速器工藝設備已全面進入加工制造和安裝階段，預計整個SHINE直線加速器將在2027年第二季度完成調束并達到驗收指標。

SHINE的建成將使我國擁有最新的高重頻、高峰值亮度、納米級超高空間分辨能力和飛秒級超快時間分辨能力的X射線自由電子激光裝置，為物理、化學、生命科學、材料科學、能源科學等學科提供高分辨成像、超快過程探索、先進結構解析等研究手段。

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。此次100MeV出束的注入器由上海高研院負責研制、集成和調試。