2024年10月12日，晚上九点半，国家重大科技基础设施高能同步辐射光源（HEPS）常务副总指挥董宇辉团队的实验人员把一张橙色胶片，挂在硬X射线成像线站的样品放置区，调整好胶片的位置后，他们走出实验站，关上厚重的防辐射门，按下按钮，打开光闸。
不到半分钟，实验站门上的指示灯从红色的“实验中”变成了绿色的“允许进入”。等董宇辉等人再次进入实验站时，黄色胶片中心偏上的位置，出现了一块边缘齐整的黑色长方形黑斑。
这是HEPS发出的第一束高能光留下的印迹。经过5年多的建设，我国第一台高能同步辐射光源，出光了。
3月27日，在中关村论坛年会期间，作为国家重大科技基础设施，HEPS宣布正式启动带光联调，这是该装置继去年10月12日发出第一束光之后的新进度，标志着我国“最亮”同步辐射光源装置进入了建成前的冲刺阶段。建成后，它将成为我国乃至亚洲地区的首台第四代同步辐射光源。
第一束光留下的印迹。中国科学院高能物理研究所供图
第一束光
看到第一束光打出的黑斑，现场躁动起来，有人递给董宇辉一支红色马克笔，让他在胶片上写点东西。他拔开笔盖，在黑色光斑周围写下：“21I1A，W73，第一束光；2024.10.12，21:30；曝光0.1s（秒）；距光源点330m（米）……”
高能同步辐射光源产生的电子，经过型号为“W73”的扭摆器，发出高能X光，光被引入硬X射线成像线站，在“跑”了330米后，最终从编号为“21I1A”的窗口发射出来，只用了0.1秒就让胶片的黑斑足够清晰。
做完记录后，董宇辉和在场的30多位实验人员，举起带黑斑的橙色胶片，拍了张合影。合影里的橙色胶片和一张张笑脸，成为高能同步辐射光源一个新里程碑的标志。
第一束光出光后，团队拍下合影。中国科学院高能物理研究所供图
时至今日，我国的同步辐射光源已经从第一代的北京正负电子对撞机上的同步辐射装置、第二代的合肥光源、第三代的上海光源，走到了第四代的高能同步辐射光源，将光束做得更亮、分辨率更高，能更清楚地看到微观世界。
“就像下雨天转动雨伞，雨水会沿切线方向射出来一样，国外科学家在上世纪四五十年代发现，加速器里的电子束在拐弯时，会沿路线的切线方向发出一种光。最初，大家认为它是一种不好的东西，会带走能量。现在，人们不仅发现这是一种可用于探测微观世界的有用的光，而且将这种光用到了极致。”HEPS工程总指挥、中国科学院高能物理研究所研究员潘卫民说。
HEPS出光的这一天，比他们计划的时间提前了3个多月。线站团队从2024年10月10日开始调光，只调了两天，就看见了第一束光。
“我们出光调试的过程，多少显得有些波澜不惊。”董宇辉笑着说，“前面的技术工程做得好，后面的出光调试就少受很多罪。”
HEPS航拍图（2024年8月拍摄）。中国科学院高能物理研究所供图
“毫米”“微米”“纳米”“皮米”
第一束光打出黑斑只用了0.1秒，科学家调试第一束光只用了2天，而为了打出第一束光，HEPS工程准备了5年之久。
HEPS主要由加速器、光束线站两大部分构成。加速器的作用主要是产生、加速电子并为发射同步辐射光。储存环上的弯铁、插入件会让电子扭摆或振动，并“甩”出同步辐射光。被“甩”出来的光随后进入光束线，进一步调制加工后，被引入实验站。
这一工程听起来简单，做起来却不那么容易。例如，1.36公里的大设施里，很多技术细节要以毫米、微米来衡量。
装置运行时，电子束束流会以接近于光速的速度，在1.36公里的储存环里旋转。
作为电子跑道的真空盒，直径只有22毫米，细到无法用传统的泵吸方式来抽真空，于是科研人员就想到给真空盒镀膜来吸收里面的气体。“镀膜时，我们的操作空间是一个6毫米的狭缝，要从这个狭缝里薄厚一致地镀膜，本身就是一个国际难题。”潘卫民说。
不仅如此，基座之间的一点细微差错，就会导致电子“跑”得不顺。储存环的磁铁之间，准直误差必须小于30微米，基座之间的误差必须小于50微米。为了保证基座的稳定，工程人员把土挖出来，灌注了3米后的混凝土。为了防止基座变形，他们还让接近1.5公里长的隧道里的环境温度要保持在25±0.1摄氏度。
有些实验要求将相干的X射线光束聚焦到纳米粗细，需要用到米级尺寸亚纳米精度的光学元件使X射线的波前稳定调控至皮米精度，这里面用到了我们自行或联合研制的世界上最高精度的光学元器件和探测手段。
“我们从一开始就抓得很紧，在一天天往前推进。建设过程中，有很多目标是用传统技术达不到的，只有创新了，才能实现这些目标，才能达到第四代光源对出光质量的要求。”潘卫民说。
从2019年6月29日，HEPS开工建设至今，经过5年多的努力，他们克服了诸多工程建设难题，目前，已完成加速器和首批光束线站的建设，首批光束线站包括6条用户光束线站和1条测试线站。
潘卫民为记者介绍储存环的技术创新情况。倪思洁摄
带光联调
“就像制造汽车一样，‘出光’意味着现在汽车可以行驶了，但是汽车的门、内饰还没有装完。目前的‘带光联调’任务，就是让加速器提供的电子和光到达光束线站，由线站团队调节光束线站里的光学元件，将光进一步加工，来实现做实验的指标需求。”潘卫民说。
在硬X射线成像线站上看到第一束光之后，线站团队利用钢板预制裂纹标样，结合自主研发的超高像素数、高分辨、高灵敏的面探测器，开展了相衬成像对比实验。
实验结果表明，与常规光源对比，该线站的光穿透更深、分辨率更高，灵敏度显著提高，可检出的裂纹显著增加，成像的对比度也大大提高。
作为HEPS首批14条线站之一，“该线站可实现难以兼得的强穿透且高灵敏度、大视场且高分辨X射线成像，将为航空航天工程材料研究、全脑介观3D成像等前沿领域提供强有力的科研支撑。”董宇辉说。
目前，已经出光的光束线站早已不只是硬X射线成像线站。董宇辉介绍，线站团队已经完成两轮调光，先后是2024年10月10日至31日和2025年1月22日至25日。他们对7条线站进行了调光，7条线站均已见光，其中4条束线实现实验站出光、3个实验站开展测试实验、1条光束线实现了大部分性能指标达标。
2024年10月12日，HEPS的第一束光抵达硬X射线成像线站。中国科学院高能物理研究所供图
在光束线站带光调试的同时，HEPS的加速器部分也在持续开展束流调试，提升和优化储存环电子束流品质。
潘卫民介绍，到2025年1月，经过多轮束流调试，HEPS储存环束流流强达已经到了40毫安以上，发射度降低到93皮米弧度。电子束流的发射度是描述电子束质量和特性的重要参数之一，发射度越小，说明电子束在横向的分散程度越小，电子束的运动分布越接近于束流的轴向，束流的品质越好，发出的同步辐射光的亮度越高。
“加速器部分和光束线站部分正在联动。在这些工作完成之后，我们将向国家提交验收申请。”潘卫民说。
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