Nimmt Gestalt an! Dieser „nationale Schatz“ wird nach seiner Fertigstellung das „hellste Licht“ der Erde erzeugen

Große wissenschaftliche Einrichtungen beziehen sich auf die bedeutende wissenschaftliche und technologische Infrastruktur des Landes. Sie sind die „Waffe“ meines Landes, um viele bedeutende wissenschaftliche und technologische Durchbrüche zu erzielen und ein starkes Land in Wissenschaft und Technologie aufzubauen. Zum Beispiel das Radioteleskop, das jeder kennt – Chinas Sky Eye FAST. Während der Maifeiertage befanden sich viele große wissenschaftliche Einrichtungen in meinem Land noch im Bau und Wissenschaftler und Bauarbeiter machten Überstunden, um den reibungslosen Ablauf der Projekte sicherzustellen. In den nächsten Tagen werden wir die Baustellen dieser „nationalen Schwermaschinen“ besuchen, um mehr über ihre wichtige Rolle zu erfahren. Unser erster Halt heute ist die Beijing Huairou Science City.

Das Hauptprojekt der hochenergetischen Synchrotronstrahlungsquelle nimmt Gestalt an

In der Huairou Science City wird derzeit eine große wissenschaftliche Einrichtung gebaut – eine hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle. Nach vier Jahren Bauzeit hat der Hauptteil des Projekts Gestalt angenommen. Aus der Luft betrachtet besteht die hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle aus drei Hauptgebäuden. Die Gesamtform des Gebäudes ähnelt einer Lupe, die dazu dient, „die mikroskopische Welt zu erforschen“. Auf dem Bild ist unschwer zu erkennen, dass das umfassende Laborgebäude und das Benutzerservicegebäude den „Griff“ der „Lupe“ bilden, während das größte kreisförmige Gebäude den Bereich der Lichtquellengeräte beherbergt und zugleich das Kerngebäude ist, das den „Rahmen“ der „Lupe“ bildet. Ich habe gehört, dass es nach seiner Fertigstellung das „hellste Licht“ der Welt erzeugen kann.

Das hellste Licht ist 1 Billion Mal heller als die Sonne

Vergleicht man die hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle mit einer Lupe, ist mein Standort der zentrale „Rahmen“-Teil. Da sich das Beschleunigergerät noch im Aufbau und in der Fehlersuche befindet, können wir es uns genauer ansehen. Bis 2025, wenn die hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle fertiggestellt und in Betrieb genommen ist, wird sie das „hellste Synchrotronstrahlungslicht“ der Welt erzeugen. Seine Helligkeit ist eine Billion Mal größer als die der Sonne, sodass er die mikroskopische Welt erhellen kann und für Wissenschaftler zu einer nationalen Waffe bei der Erforschung der mikroskopischen Welt wird.

Beschleunigte Elektronenproduktion zur Erleuchtung der mikroskopischen Welt

Wie entsteht das hellste Licht? Auf der Anzeigetafel befindet sich eine schematische Darstellung. Das Grundprinzip besteht darin, Elektronen zu beschleunigen und Licht zu erzeugen. Im Linearbeschleunigerteil wird die Energie der aus der Hochspannungselektronenkanone austretenden Elektronen auf 0,5 GeV beschleunigt und dann im Enhancer von 0,5 GeV auf 6 GeV oder 6000 Megaelektronenvolt gesteigert. Schließlich gelangen die Elektronen in den großen Speicherring im Außenbereich, wo sie mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit laufen und entlang der Tangentialrichtung Strahlen sehr kritischer Synchrotronstrahlung erzeugen, die in unserer wissenschaftlichen Forschung verwendet werden.

Tatsächlich ist Synchrotronstrahlung relativ einfach zu verstehen, da es in unserem täglichen Leben eine sehr ähnliche Szene gibt. Viele Menschen haben diese Erfahrung bereits beim Regen gemacht: Wenn wir den Regenschirm drehen, fliegen kleine Wassertropfenbündel entlang der Tangente der Schirmkante heraus, genau wie Lichtstrahlen, die herausgeschleudert werden. Diese Röntgenstrahlen werden in sehr kleinen Winkeln emittiert und die Photonen sind sehr konzentriert, sodass sie die mikroskopische Welt sehr gut beleuchten und erkennen können.

Es mag einfach erscheinen, aber es ist tatsächlich sehr schwierig, unsichtbare Elektronen, die sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, auf einer vorgegebenen Umlaufbahn laufen zu lassen. Im Verstärkerteil verstärken Elektronen beispielsweise ihre Energie, während sie durch die Vakuumröhre in der Mitte laufen. Bei diesem Vorgang sehen wir, dass es sich bei den umgebenden Geräten um Magnete handelt, darunter Dipoleisen, Quadrupoleisen und Hexapoleisen. Sie haben eine unterschiedliche Anzahl von Süd- und Nordpolen und wirken sich unterschiedlich auf die Elektroneneinschließung aus. Sie können zusammenarbeiten, um die Richtung und den Winkel der Elektronenbewegung anzupassen. Durch eine äußerst präzise Steuerung können die nahezu lichtschnellen Elektronen die gewünschte Umlaufbahn einschlagen.

Elektronenstrahl eines Linearbeschleunigers erfüllt Designspezifikationen

Nach vierjähriger Bauzeit ist nicht nur der Hauptkörper der hochenergetischen Synchrotronstrahlungslichtquelle im Wesentlichen fertiggestellt, sondern im März dieses Jahres hat der Linearbeschleuniger auch einen Strahl mit voller Energie emittiert und den ersten Elektronenstrahl erfolgreich beschleunigt. Das Forschungsteam teilte Reportern mit, dass der Elektronenstrahl des Linearbeschleunigers nach mehr als einem Monat der Fehlerbehebung nun die Designindikatoren erreicht habe. Diese Geräte im Enhancer-Teil wurden ebenfalls installiert und vorläufig debuggt. Im nächsten Schritt werden sie mit dem Linearbeschleuniger koordiniert, um die Energie des Elektronenstrahls auf 6000 MeV zu erhöhen, was ebenfalls ein sehr wichtiger Schritt ist.

Welche Veränderungen wird das hellste Synchrotronlicht für unsere Entdeckung der mikroskopischen Welt im Jahr 2025 mit sich bringen, wenn dieses nationale Flaggschiff fertiggestellt ist? Freuen wir uns gemeinsam darauf.

Hochenergetische Synchrotronstrahlungsquellen haben in Zukunft breite Anwendungsaussichten

Bei der im Bau befindlichen hochenergetischen Synchrotronstrahlungslichtquelle handelt es sich um die Synchrotronlichtquelle der vierten Generation meines Landes. Der Reporter sagte, ihre Entwicklung verlaufe wie die von Schwarzweiß-Fernsehbildern zu Farbfernsehern, LEDs und schließlich zu 4K-HD. Wo also kann das stärkste Licht der Erde künftig eingesetzt werden?

Eine hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle ist ein großes wissenschaftliches Gerät, das Hochleistungsröntgenstrahlen liefert. Zu seinen Kernkomponenten zählen Beschleuniger, Strahllinien, Versuchsstationen usw. Es zeichnet sich durch geringe Emissivität, hohe Helligkeit, hohe Energie, Superdurchdringung und hohe Auflösung aus. Das emittierte Synchrotronlicht umfasst im Wesentlichen Infrarot, sichtbares Licht, Vakuum-Ultraviolett, Röntgenstrahlen und andere Bänder.

Pan Weimin, Chefdirektor des Projekts für hochenergetische Synchrotronstrahlungslichtquellen: „Durch unsere hochenergetische Synchrotronstrahlungslichtquelle können wir die Veränderungen in Materialien im Nanomaßstab sehen und diese Veränderungen in Echtzeit und vor Ort verfolgen.“ Wir können die Werkstoffregulierung, die Werkstoffgenerierung und die Spannungsveränderungen während der Herstellung detailliert erforschen. Dies wird bei der Vorbereitung, Wartung und Spannungsanalyse neuer Materialien und einiger unserer High-End-Materialien, wie beispielsweise Luftfahrtmaterialien, eine große Hilfe sein.

Derzeit hat mein Land die Planung von Synchrotronstrahlungsquellen der vierten Generation abgeschlossen. Die erste Generation von Synchrotronstrahlungsquellen ist die Beijing Synchrotron Radiation Facility, die parasitär auf dem Beijing Electron-Positron Collider ruht, die zweite Generation von Synchrotronstrahlungsquellen befindet sich in Hefei, die dritte Generation von Synchrotronstrahlungsquellen steht in Shanghai und die vierte Generation ist die im Bau befindliche hochenergetische Synchrotronstrahlungsquelle in Huairou. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Mikrostruktur von Materie und ihrer Entwicklung und wird künftig schrittweise in der Luft- und Raumfahrt, im Energie- und Umweltbereich, in der Biomedizin und anderen Bereichen angewendet. Die Entwicklung von der ersten zur vierten Generation von Synchrotronstrahlungslichtquellen ähnelt der Evolution vom Schwarzweißfernsehen über Farbfernsehen und LED bis hin zu 4K HD.

Pan Weimin, Oberbefehlshaber des High Energy Synchrotron Radiation Light Source Project: Dies ist auch eine der hellsten Lichtquellen der Welt, vergleichbar mit unserer Taschenlampe. Am Anfang war es Streulicht, konnte nicht sehr weit leuchten und war sehr verschwommen. Später entwickelte sich daraus eine Taschenlampe mit sehr starkem, sehr hellem Licht, die sehr weit leuchten konnte und gleichzeitig Objekte klar erkennen ließ. Wir können mikroskopische Materie in Echtzeit, vor Ort und mehrdimensional charakterisieren und erkennen. Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten bei der Entwicklung neuer Materialien in den Bereichen Energie, Biowissenschaften, Medizin und Gesundheit, Petrochemie und physikalische Materialien.

(CCTV-Reporter Shuai Junquan und Zheng Weiwei)