超高能同步辐射光源潜力巨大

2021-01-25 18:21:30 [热点日报]

自欧洲核子中心大型强子对撞机上的实验发现了希格斯粒子，中国环形高能正负电子对撞机，同步产生世界上绝无仅有的超高能同步辐射光源，将服务于科学研究最前沿和高精尖技术。

在科学研究前沿领域，高亮度伽马射线源将有望开辟光核物理的新纪元，获取一系列关键的光核反应数据。光核反应数据对于核安全、核能及核废料的后处理、核医学，以及天体物理等领域，具有极其重要的应用价值。

随着时间的推移，超高能同步辐射光源的研究进度促进了世界各国高精尖科研技术领域的发展。为了和世界前沿科技接轨，适应超高能物理研究的发展，我国已经掌握并运用了世界上较为先进的加速器相关技术，如机械、电子、真空、射频微波、低温超导、辐射防护、计算机及网络等，大大提升了相关高能物理领域的研究水平。

在超高能物理研究当中的超硬X射线高分辨成像探测技术，属于新概念材料与材料共性科学的研究范畴，150keV（keV即1000电子伏特，是电子通过1000V电压所获得的能量）以上的硬X射线，可以穿透厘米量级的金属材料，极高的亮度使得对这些材料进行精细结构分析成为可能。因此高能量、小发射度的先进光源，提供了在制造和工作状态下结构精细变化的能力。这种能力对于国家需求至关重要，特别是在航空材料的结构研究、新能源相关的研究等具有不可替代的重要作用。

在超硬X射线高分辨成像探测技术研究范畴中，对于150keV到MeV（兆电子伏特，为量度微观粒子能量的一种非国际单位制的能量单位）的高亮度超硬X射线成像的高分辨探测系统，采用几十微米分辨的荧光转换系统和特殊设计的光学结构，可达到10微米量级的空间分辨能力，应用到成像技术中可得到材料内部微米量级的精细结构分辨，为我国先进材料制造提供关键技术。

在高精尖技术领域，对特种材料部件的无损检测、X射线、γ射线校准，同位素药物制备等特别重要。超高能同步辐射光束线站可以提供超高穿透性、高分辨的高能射线，满足制造产业中大尺寸、厚样品材料的探伤需求，构建材料设计-结构-性能一体化的自反馈体系。

当前，我国的制造产业仍存在着原始创新不足、重点产业核心关键技术受制于人、创新体系不完善等短板。对于大尺寸的材料结构（厚度在厘米级），高分辨（微米级）的无损探测手段极其有限。这种现状严重地制约着我国工业制造、航空航天、海底勘探和国防装备等产业核心创新能力的发展。从航空发动机涡轮叶片的发展历程来看，材料工艺-结构-性能一体化的趋势越加明显，其中相对缺失的一环就是对重金属元素材料内部结构的探测。环形正负电子对撞机的超高能同步辐射光源，将为弥补这一技术空白提供绝佳助力。

在不久的将来，我们将研发出空间分辨率达到10微米的超硬X射线的成像探测系统，为我国先进材料制造提供关键技术，可应用于高能光源超硬X射线、高能CT、无损探伤等产业，具有开阔的产业化前景，可为材料科学研究提供极其重要的推动作用。