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國內首臺自主研制的超導扭擺磁鐵在北京同步輻射裝置投入運行
發布:blast_k   時間:2019/12/3 9:30:13   閱讀:65 
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2019年下半年,國內首臺自主研制的超導扭擺磁鐵(SCW)在北京同步輻射裝置投入運行,替代了原有的永磁3W1扭擺磁鐵。

2018年4月15日,中國科學院高能物理研究所加速器中心成功研制出了我國第一臺超導扭擺磁鐵,并通過國家發改委委托中科院組織的驗收。

高性能的插入件(波蕩器、扭擺磁鐵)能大幅度提高同步輻射光的性能,是先進光源的重要標志,因此SCW是插入件技術的重要發展方向之一。加速器中心在國家重大科技基礎設施十二五規劃項目“高能同步輻射光源驗證裝置(HEPS-TF)”中承擔了SCW的研制任務。HEPS-TF項目組所研制的3W1-SCW包括32個主線圈和4個校正線圈,在68mm超大磁極氣隙的條件下,達到了2.6T的峰值磁場強度,其技術指標達到了國際先進水平。超導3W1扭擺磁鐵涉及磁鐵、機械、真空、低溫、電源、控制以及失超?;?、磁場測量等多個技術領域以及物理設計,研制難度極大。

3W1-SCW磁場強度設計值為2.6T(原3W1扭擺磁鐵為1.52T),同步輻射特征能量由原來的6.32keV提高到10.2keV。高能光子通量大幅度提高(圖1),在50keV光子通量提高了35倍,這將為高能同步輻射光源(HEPS)的光學部件測試提供重要的測試平臺,同時也為開展高能X射線實驗提供了重要的研究手段。

2019年暑期檢修期間,3W1-SCW成功地安裝到了BEPCII儲存環上,北京同步輻射裝置技術人員對3W1前端區進行了改造和更新。11月12日,3W1-SCW發出的同步輻射光引入到BSRF-3W1實驗站(圖2),11月14日,3W1-SCW運行在2.49T下開始為3W1光束線站的用戶供光。

利用3W1-SCW高通量和強穿透特性,頂峰多尺度科學研究所結合快速X射線成像與垂直氣體炮加載技術,在100 k幀頻、單幅曝光時間1.25 μs的情況下,首次獲得高速侵徹下鈣質砂內部的動力學和演化過程(樣品厚度達5 mm)的實驗數據。這些數據將為深入認識沖擊侵徹下鈣質砂的微觀變形和能量耗散機理提供重要的基礎。該團隊還利用BSRF獨有的super bunch填充模式,展示了在3W1進行單個super bunch成像的能力。在該束團填充模式下,動態實驗的時間分辨率可進一步提升至54 ns。

3W1-SCW產生的X射線在高能部分仍有較高的通量。結合頂峰多尺度科學研究所研發的探測系統,合作實驗組在測試中獲取了信噪比良好的300μm厚度單晶銅的白光勞厄衍射花樣,曝光時間僅為200μs。經過后期的束線優化,有望將單晶材料的衍射時間分辨率提升至百微秒內,這展示了在3W1開展中密度重要工程材料如鈦、鋼、鎳等的動態原位實驗能力。

超導扭擺磁鐵在BEPCII上的應用,不僅拓寬了原3W1光束線站的應用領域,也極大地提高了該束線的使用效率。超導扭擺磁鐵是高能同步輻射光源驗證裝置所研制設備的實際應用,它的成功運行對未來科研工作具有重要的意義。


圖1. 3W1-SCW和原3W1永磁扭擺磁鐵的通量對比


圖2. 3W1-SCW引出的同步輻射進入3W1實驗站


圖3. 3W1SCW光源測得的鋼彈丸高速侵徹鈣質過程。幀頻:100k,單幅曝光時間1.25 μs


圖4. 3W1SCW光源測得的300 μm厚單晶銅的白光勞厄衍射花樣(曝光時間200 μs)

來源: 高能物理研究所

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