形になりつつあります！この「国宝」は完成後、地球上で「最も明るい光」を発することになるだろう

大型科学施設とは、我が国が多くの重大な科学技術上の突破口を開き、科学技術強国を築くための「武器」となる、国家の主要な科学技術インフラを指します。例えば、皆さんもよくご存知の電波望遠鏡、中国の Sky Eye FAST です。メーデーの休暇中、我が国では多くの大規模な科学施設がまだ建設中であり、科学者や建設業者はプロジェクトの円滑な進行を確実にするために残業していました。今後数日間で、私たちはこれらの「国民的重機」の建設現場を訪問し、その重要な役割について学びます。今日の最初の目的地は北京懐柔科学城です。

高エネルギーシンクロトロン放射源の主要プロジェクトが形になり始めた

懐柔科学城では、大規模な科学施設である高エネルギーシンクロトロン放射源が建設中です。 4年間の建設を経て、プロジェクトの本体が形になりました。上空から見下ろすと、高エネルギーシンクロトロン放射源は 3 つの主要な建物で構成されています。建物の全体的な形状は、「ミクロの世界を探る」ために使用される虫眼鏡に似ています。写真から、総合実験棟とユーザーサービス棟が「虫眼鏡」の「取っ手」を構成し、最も大きな円形の建物が光源装置エリアであり、核心棟でもあり、「虫眼鏡」の「フレーム」であることが容易に分かります。完成すれば地球上で「最も明るい光」を発することができるようになるそうです。

最も明るい光は太陽の1兆倍の明るさである

高エネルギーシンクロトロン放射源を虫眼鏡に例えると、私の場所は最も核となる「フレーム」の部分です。アクセラレータデバイスはまだ構築中およびデバッグ中であるため、詳細に確認することができます。 2025年に高エネルギー放射光源が完成し稼働すると、世界で最も明るい放射光を生み出すことになる。その明るさは太陽の1兆倍で、ミクロの世界を照らすことができ、科学者がミクロの世界を探索するための国家的武器となるだろう。

電子生成を加速し、ミクロの世界を照らす

最も明るい光はどのようにして生成されるのでしょうか?表示板に回路図が載っています。基本的な原理は、電子を加速して光を生み出すことです。線形加速器部分では、高電圧電子銃から出た電子のエネルギーが0.5 GeVまで加速され、その後、エンハンサーで0.5 GeVから6 GeV、つまり6000メガ電子ボルトまで加速されます。最後に、電子は外部の大きな蓄積リングに入り、そこで光速に近い速度で走行し、接線方向に沿って非常に重要なシンクロトロン放射のビームを生成します。これは科学研究に使用されます。

実は、放射光は比較的理解しやすいものです。なぜなら、私たちの日常生活にも、雨が降ったときと同じように、非常によく似た光景があるからです。傘を向けると、まるで光線が放たれるかのように、傘の端の接線方向に沿って水滴の塊が飛び散ります。多くの人がこの経験をしたことがあるでしょう。これらのX線ビームは非常に小さな角度で放射され、光子が非常に集中しているため、微視的世界を照らし、検出する能力が非常に強力です。

光速に近い速度で動く目に見えない電子を、あらかじめ決められた軌道に沿って走らせるのは、簡単なことのように思えますが、実は非常に難しいことです。例えば、増幅部では、電子が真ん中の真空管の中を走りながらエネルギーを増幅します。この過程で、周囲のデバイスが双極子鉄、四極子鉄、六極子鉄などの磁石であることがわかります。これらは S 極と N 極の数が異なり、電子の閉じ込めに異なる影響を与えます。これらは連携して、電子の走行方向と角度を調整することができます。極めて精密な制御により、光速に近い速度で移動する電子が必要な軌道に沿って走行することができます。

線形加速器の電子ビームは設計仕様を満たしている

4年間の工事を経て、高エネルギー放射光源本体が基本的に完成しただけでなく、今年3月には線形加速器がフルエネルギービームを放出し、初の電子ビームの加速に成功しました。研究チームは記者団に対し、1か月以上のデバッグを経て、線形加速器の電子ビームが設計指標に到達したと語った。エンハンサー部分のこれらのデバイスもインストールされ、予備的にデバッグされています。次の段階では、線形加速器と連携して電子ビームのエネルギーを 6000 MeV まで高めることになりますが、これも非常に重要なステップです。

2025年にこの国家的旗艦施設が完成すると、世界最高輝度の放射光はミクロの世界の探査にどのような変化をもたらすのでしょうか。一緒に楽しみにしていましょう。

高エネルギーシンクロトロン放射源は将来的に幅広い応用が期待される

現在建設中の高エネルギー放射光源は我が国の第4世代放射光源となります。記者は、その進化は白黒テレビの映像からカラーテレビ、LED、そして4Kの高解像度へと似ていると述べた。では、地球上で最も強力な光は将来どのような分野で活用されるのでしょうか?

高エネルギーシンクロトロン放射源は、高性能のX線を提供する大型の科学装置です。その中核となる構成要素には、加速器、ビームライン、実験ステーションなどがあり、低放射率、高輝度、高エネルギー、超透過性、高解像度などの特徴を備えています。放射されるシンクロトロン光は、基本的に赤外線、可視光、真空紫外線、X線などの帯域をカバーします。

高エネルギーシンクロトロン放射光源プロジェクトのチーフディレクター、パン・ウェイミン氏：「私たちの高エネルギーシンクロトロン放射光源により、ナノスケールでの物質の変化を観察でき、その変化をリアルタイムでその場で追跡することができます。」材料の制御、材料の生成、製造時の応力の変化などについて詳細な研究を行うことができます。これは、新素材や航空素材などの当社の高級素材の準備、サービス、応力解析に大いに役立ちます。

現在、我が国は4世代のシンクロトロン放射源の配置を完了しています。第一世代のシンクロトロン放射源は北京電子陽電子衝突型加速器に寄生する北京シンクロトロン放射施設であり、第二世代のシンクロトロン放射源は合肥にあり、第三世代のシンクロトロン放射源は上海にあり、第四世代は懐柔に建設中の高エネルギーシンクロトロン放射源である。物質の微細構造とその進化の研究に重点を置いており、将来的には航空宇宙、エネルギーと環境、バイオメディカルなどの分野に徐々に応用される予定です。第一世代から第四世代までの放射光源の発展は、白黒テレビ、カラーテレビ、LEDから4K HDへの進化に似ています。

高エネルギーシンクロトロン放射光源プロジェクト総指揮者、パン・ウェイミン氏：これは世界で最も明るい光源の一つで、私たちの懐中電灯に相当します。最初は光が散乱していて、遠くまで照らすことができず、非常にぼやけていました。その後、非常に強い光、非常に明るい光、非常に遠くまで照らすことができ、同時に対象物をはっきりと見ることができる懐中電灯へと発展しました。微小物質のリアルタイム、その場、多次元の特性評価と検出を行うことができます。エネルギー、生命科学、医療と健康、石油化学、物理的材料における新素材の開発に多くの用途があります。

（CCTV記者シュアイ・ジュンクアン氏、ジェン・ウェイウェイ氏）