合肥先进光源（HALF）是基于衍射极限储存环的第四代同步辐射光源，其发射度指标在世界低能区光源首屈一指，建成后将是全世界最先进、亚洲唯一低能区第四代同步辐射光源。

什么是先进光源？为什么要建设先进光源？要回答这些问题，首先要了解什么是同步辐射。同步辐射是一种高速（接近光速，进入相对论的适用区间）电子偏转时产生的电磁辐射，实际上就是一种光，这种光是一种全频谱即包含红外光、可见光、紫外光和X射线在内全光谱的光，它拥有诸如高偏振、窄脉冲、高准直等优点，其中最突出的优点可以概括为全(光谱）且亮。简而言之，同步辐射是一种光源。日常使用的常规光源，比如白炽灯、LED灯、医院消毒用的荧光灯、在医院拍摄X光、拍CT用的放射性同位素等，它们的优点是结构简单、成本较低，缺点是这些基本发射的辐射要么是单光谱，要么亮度不够进行科学研究。当探测到微观世界时，各种波长的光可以成为测量的尺子，而刻度就是光的波长。一方面，单光谱意味着尺度只有一个，只有正好适配这么长的物质才能被看见。另一方面，亮度低就意味着要用更长时间来看清楚某个物体，正如在黄昏不开灯时，会越来越难看清书本上的字。这时同步辐射的优势就出现了，不仅全光谱而且可以简单分离出其中任意波长的光，而且非常亮，可以很快看清需要探测的物质。正如夜间在家里寻找物品，最简单的照明方法就是打开家中最亮的灯，让眼前一目了然。从科学意义上讲，就是让更多的光子进入眼睛瞳孔，让大脑更快获取周边的相关光学信息。产生同步辐射光的装置便称之为同步辐射光源。同步辐射装置就是迄今为止，人类所知的探测微观世界时那盏最明亮的灯，它能为物理、化学、材料、生命科学、能源环境、集成电路、空天科技等基础研究领域和高新技术产业提供重要的支撑。

如此重要的科学装置是如何运转的？以合肥先进光源举例，它由三个主要部分构成，分别是注入器、储存环以及光束线站。

注入器主要包括192米长的直线加速器和138米长的输运线。电子枪位于直线加速器的始端，是电子束的源头，电子枪输出脉宽500ps、电荷量0.5nC的电子束。电子束随后被输送到3米行波加速管中，每根加速管可将电子束能量最高提升60MeV。在直线加速器中，电子束一共会经过40个电子加速管，最终将能量提升到2.2GeV。由直线加速器产生的电子束接下来会通过二极磁铁元件，发生偏转，进入输运线。再经过水平和垂直偏转段，把电子束偏转到储存环轨道平面并在注入点将电子束注入储存环中。

储存环是一个周长为480米的闭合环形高科技装置，相当于一个学校400米环形跑道的操场。进入储存环的电子束团会在其中每秒旋转60多万圈。储存环电子能量为2.2 GeV，采用6BA的磁铁聚焦结构，束流发射度86 pm·rad，平均流强350 mA，光谱优化在软X射线波段。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心，其性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。储存环共有20个磁聚焦结构，储存的电子束流在其中偏转产生高亮度的同步辐射光。储存环中的高频系统会补充电子的同步辐射能量损失，电子经过磁场周期性变化的波荡器，产生波长与偏振可调的高亮度同步辐射光；这些由波荡器产生的同步辐射光，形成一定波段内的白光，并引出至光束线站。

在光束线，具有10万分辨能力的高分辨单色器从白光中选取特定波长的单色光；高精度聚焦镜将光束汇聚成极小的光斑。在实验站，光与被检测物质相互作用，通过对样品的探测与解析，实现电子态与化学态的百纳米级空间分辨、纳米量级空间成像分辨、电子伏特量级能量分辨、百纳秒量级时间分辨能力。最后科学家和工程师利用谱学、成像、衍射等多种先进实验技术，得到宝贵的实验结果，进而揭开科学的秘密、开发高新技术产品。

合肥先进光源将带来分子、电子（化学过程、价态、能级/能带）、自旋等敏感的纳米空间分辨、纳秒时间分辨的新技术，可为物理、化学、材料、生命科学、能源环境等基础研究提供先进实验研究平台。在产业方面，它也是突破“卡脖子”技术难题的利器，能够在新材料、新能源、光刻工艺、空天科技等前沿产业领域推动技术壁垒的突破和产业的升级。

在未来，合肥先进光源是探索微观世界的那盏更明亮的灯，也将成为支撑面向2035和2050发展目标的科技创新平台和战略科技力量。

来源: 数字化科普小课堂