ARテクノロジーパート2：合肥先端光源を訪ねて

合肥先進光源 (HALF) は、回折限界蓄積リングに基づく第 4 世代のシンクロトロン放射源です。放射率と輝度の指標は世界最高となるよう設計されています。完成すれば、世界で最も先進的な回折限界蓄積リング光源となる。

(画像出典:百度百科事典)

なぜ高度な光源を構築したいのでしょうか?人間の目で判別できる最小の長さは約0.1mmです。私たちの目が物体を見ることができるのは、可視光線が物体に当たって反射し、網膜に焦点を合わせることで、私たちの目がその物体を見ることができるからです。しかし、観察したい物体が非常に小さく、可視光線の波長よりも小さい場合、可視光線は物体に当たったときに反射することができず、その小さな物体をはっきりと見ることができません。そのため、微小な物体を観察したい場合には、波長の短い光源が必要になります。

実際、光の本質は特定の周波数帯域における光子の流れです。光源は、光源内の電子が余分なエネルギーを得るため、光を発します。エネルギーが外側の軌道にジャンプするのに十分でない場合、電子は加速し、波の形でエネルギーを放出します。光の波長によって用途が異なります。そのため、中国の科学者たちは、微細物質を探索するためにシンクロトロン放射源を開発しました。簡単に言えば、シンクロトロン放射源は大型のX線装置です。放射される光の波長により、材料の微細構造を研究することができ、材料科学、エネルギー環境、医療環境などの基礎研究や実用研究に重要なサポートを提供します。

このような重要な科学装置はどのように機能するのでしょうか?先進光源には、線形加速器、蓄積リング、ビームライン実験ステーションという 3 つの主要コンポーネントがあります。主なコンポーネントがわかったので、それぞれがどのような機能を果たすのかを見てみましょう。

線形加速器は、電子蓄積リングに必要な電子蓄積ビームを供給するために使用されます。電子銃は10万電子ボルトのエネルギーを持つ電子ビームを生成し、まず長さ約40メートルの線形加速器によって1億5000万電子ボルトまで加速され、その後、円周約180メートルのブースターに注入されます。ブースターはそれをさらに35億電子ボルトまで加速し、注入/抽出システムを通じて電子貯蔵リングに注入します。電子ビームを電子蓄積リングの動作エネルギーまで加速するこのタイプのインジェクタは、フルエネルギーインジェクタと呼ばれます。注入プロセス全体は、特別に設計されたタイミング制御システムによって「正確に指示」される必要があります。

貯蔵リング、電子貯蔵リングは、400メートルの円形滑走路を備えた学校の運動場と同等の、周囲432メートルの閉じた円形のハイテク装置であり、35億電子ボルトの高エネルギー電子ビームを貯蔵するために使用されます。電子蓄積リングは、シンクロトロン放射源の本体であり、核心であり、その性能がシンクロトロン放射源の性能の質を直接決定します。真空度10-10mAの超高真空チャンバー、高精度磁石システム、高周波加速空洞、高感度ビーム検出装置、制御システムで構成されています。高精度磁石システムは、40 個の双極偏向磁石、200 個の四極集束磁石、および 140 個の六極色度磁石を含む蓄積リングの主要コンポーネントです。

ビームライン実験ステーションは、科学者や技術者がシンクロトロン放射を利用して科学的秘密を明らかにし、ハイテク製品を開発するための総合的な科学技術プラットフォームです。ここでは、シンクロトロン放射光がさまざまな実験サンプルに「照射」されます。同時に、科学機器は実験サンプルのさまざまな反応情報や変化を記録し、それが高速コンピューターによって処理され、自然の神秘を反映する一連の曲線や画像に変換されます。

合肥先進光源は、エネルギー産業チェーン、食糧安全保障、国防安全保障など、さまざまな面で国家に大きな需要があり、産業面ではイノベーション能力の基盤でもあり、産業のアップグレードを促進しています。例えば、情報通信分野では将来の量子デバイス、リソグラフィー技術、新素材の軽量化、生命と健康などの分野を研究することができます。

将来、Advanced Light Source は、私たちが微視的な世界を探索するための最も明るい光となるでしょう。