引言：洞悉物质心脏的“神之光”
在科学的宏伟殿堂中，有一束被誉为“神之光”的工具——同步辐射光。它如同一个超级显微镜，能够以前所未有的亮度、纯净度和穿透力，洞悉物质世界最深邃的奥秘 。当这束光与极端高压环境相结合，人类便获得了模拟行星核心、创造全新材料、探索生命起源极限的非凡能力 。
在中国北京，这场探索之旅始于三十余年前的简陋尝试，并在今天-2025年，随着世界顶级的第四代高能同步辐射光源（HEPS）的全面建成而达到巅峰 。本文华算科技将回顾北京光源高压实验技术从一个需要“随用随建、用完即拆”的临时装置，到拥有世界一流专用高压线站的二十余年“逆袭”征程。这不仅是一部技术演进史，更是中国大科学装置砥砺前行、追求卓越的缩影。
筚路蓝缕：在共享机时中诞生的临时装置（1993-1999）
中国的同步辐射高压科学研究，其源头可以追溯到上世纪90年代初的北京正负电子对撞机（BEPC）。作为中国首个大科学装置，BEPC在完成高能物理实验使命的同时，兼具产生同步辐射光的能力，其附属的北京同步辐射装置（BSRF）于1991年正式对用户开放 。
然而，在那个年代，高压科学研究的实验条件极为艰苦。1993年，BSRF诞生了国内首个简易的高压衍射设备 。这套装置堪称“游击队”式的设备，由于BSRF宝贵的机时需要分配给众多学科，高压实验无法拥有固定的场所。科研人员必须在每次实验前临时搭建设备，实验结束后再全部拆除，这极大地限制了实验的效率和复杂性 。
真正的转折点出现在1996年。在BSRF的3W1A光束线上，科学家们建立了一个可分时共享的高压衍射实验站 。它虽然仍需与其他实验共享光束线，但已不再是“打一枪换一个地方”的临时装置。更重要的是，这个实验站集成了一系列关键的技术创新：它利用5周期扭摆磁铁提供辐射光，并首次发展了自动化控制系统，包括可外加温的金刚石对顶砧（DAC）、由步进电机控制的加载装置以及四刀光阑扫描系统 。
尤为关键的是，该实验站利用K-B聚焦镜技术，成功实现了国内首次同步辐射X射线的微束聚焦，并历史性地获取了中国首个在百吉帕（GPa，约等于一百万个大气压）压力下的同步辐射高压衍射数据 。这一系列突破，标志着北京光源的高压研究能力从“无”到“有”，并初步具备了探索极端物质世界的实验能力，为后续专用线站的建立奠定了坚实的基础。
二、 奠定基石：专用4W2高压线站的黄金时代（2000-2024）
进入21世纪，随着高压科学研究需求的日益增长，建立一条专用的高压光束线和实验站被提上日程。2000年初，历史性的4W2高压线站正式在BSRF建成 。它的诞生，宣告了北京光源高压研究“游击战”时代的结束，开启了一个长达二十余年的稳定发展与深耕的“黄金时代” 。
4W2线站拥有当时得天独厚的优势。它的光源直接引自BEPC储存环上亮度最高的发光部件——4W2扭摆磁铁，这使得它成为BSRF上光功率密度最高的光束线 。强大的光通量意味着实验可以更快、更精确地进行。线站以能量色散X射线衍射（EDXD）技术为基础，并在此后二十年的运行中，逐步发展出角度色散X射线衍射（ADXD）、激光加温衍射、单晶衍射、径向衍射（RXD）以及快速加载衍射等多种先进的实验方法 。
然而，作为依托第一代同步辐射光源建立的线站，4W2也面临着先天的技术瓶颈。首先，受限于BSRF的整体空间，4W2光束线非常短，总长仅约18米 。其次，第一代光源较大的自然发射度（约100 nm·rad量级）从根本上限制了X射线光束的聚焦性能 。这意味着虽然实现了微米尺度的聚焦，但要达到亚微米级别则极为困难。
尽管存在这些限制，4W2线站在过去的二十多年里，依然是中国高压科学研究无可替代的核心平台。它支撑了凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学等多个领域的无数前沿课题 。利用这台功勋设备，中国科学家们得以在百吉帕的极端压力下，原位研究材料的晶体结构相变、弹性、强度和状态方程等关键物性 。例如，BSRF的年度报告曾记录了利用4W2线站发现的新材料相变，以及首次观测到晶体的负各向同性面积压缩率等重要科学成果 。同时，在线站上发展的在线加压测压系统、时间分辨衍射等技术，也持续推动着国内高压实验方法学的进步 。
4W2线站犹如一位勤恳的开拓者，它以一己之力，为中国的高压科学界撑起了一片天空，培养了一代科研人才，并积累了宝贵的线站建设与运行经验。但科学的脚步永不停歇，为了探寻更深层次的未知，我们需要一双更锐利的“眼睛”。
三、 凤鸣九天：第四代光源HEPS的全面逆袭（2019-2025）
早在2007年，中国科学院高能物理研究所的科学家们便已开始构想在北京建设一台性能远超BSRF的先进同步辐射光源 。这一构想最终在“十三五”期间成为现实——2019年6月29日，举世瞩目的高能同步辐射光源（HEPS）在北京怀柔科学城正式开工建设 。
HEPS的建设，是北京光源发展史上一次真正的“逆袭”。它并非对BSRF的简单升级，而是一次跨越式的代际革命。HEPS所属的第四代光源，则通过革命性的加速器设计，实现了极低的电子束发射度，其同步辐射光亮度比第三代光源高出百倍以上，同时具备极高的时间和空间相干性 。
HEPS的建成，使中国成为世界上少数几个拥有覆盖全能量区间的先进光源的国家之一 。
对于高压科学而言，HEPS带来的变革是颠覆性的。在其一期建设的14条光束线站中，就包含了一条专为高压科学设计的世界级线站——高压光束线站（High-Pressure Beamline, HPB） 。这条线站从HEPS储存环的ID31插入件引出，其性能参数与曾经的4W2线站相比，实现了天壤之别的飞跃：
- 光子通量提升： 在样品处的光子数将比4W2高出4到5个数量级 。这意味着实验速度可以从数小时缩短到数秒甚至更短，从而能够捕捉到极其微弱的信号和极快速的动态过程。
- 聚焦能力革命： HEPS的极低发射度使得X射线可以被轻易聚焦到亚微米甚至纳米尺度。HPB线站的设计目标是实现从十几微米到约150纳米的聚焦光斑尺寸 。这使得研究人员能够对金刚石对顶砧中微米大小的样品进行更精细的扫描和分析，或在同一高压腔体内研究多种样品的相互作用。
- 实验条件极限拓展： HPB线站将支持在超高压（大于500 GPa）、超宽温区（4 K至4000 K）以及超快动态加载（压力加载速率可达150 TPa/s以上）等前所未有的极端条件下进行原位X射线衍射实验 。这将极大地拓展高压科学的研究范畴，使直接研究地球深部内核的物质状态、探索超导等新奇量子现象成为可能。
HEPS的建成，意味着北京光源的高压研究能力，已经从昔日的“跟跑”、“并跑”，一举实现了对国际顶尖水平的“领跑”。从临时搭建的简易装置，到共享的实验平台，再到专用的4W2线站，最终升华为HEPS中的旗舰级线站，这条长达二十余年的征程，完美诠释了“逆袭”的深刻内涵。
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