说明：华算科技介绍了HEPS光源的建设背景、设计理念、关键指标、科学目标及工程运行保障要点。通过阅读，读者可以深入了解第四代同步辐射光源的核心定位，掌握其基于MBA晶格的超低发射度设计逻辑与多学科支撑能力，以及从物理目标到工程实现的完整落地路径。
引言—为什么要建HEPS
同步辐射光源是研究物质微观结构与动态过程的重要“大科学设施”，其核心价值在于为物理、化学、材料、生命科学等领域提供高亮度、高相干、宽能段的X射线探针，从而把看不见的微观世界“放大”到可观测尺度。随着实验需求向更高空间/能量/时间分辨率演进，第四代极低发射度储存环成为提升X射线亮度与相干性的必由之路。我国建设HEPS，正是为补齐这一能力、支撑原创性与工程导向的重大科学问题。
一、设计理念—以物理指标驱动工程实现
HEPS的设计遵循“物理目标先行、工程实现同步”的原则。其物理设计基于多弯铁消色散（multi-bend achromat, MBA）和混合7BA单元，通过束流光学优化把电子束团的水平自然发射度降到极低水平，以获得显著高于第三代光源的亮度与横向相干度。为平衡亮度、动力学接受度与设备布置，HEPS在标准7BA基础上对单元进行了改进（引入反向弯铁、纵向梯度二极铁、高/低β直线节等），并在直线节布局上实现高—低β的交替配置，以同时满足高亮度与多样化用户需求。
技术实现上，HEPS采用小孔径真空盒与小间隙插入件以减小光学源尺寸，并同时采取一系列抑制束流不稳定性的措施（逐束团反馈、谐波腔拉伸束长、阻抗优化等），以保证在高亮度、较大流强条件下的稳定运行。储存环内器件的机械、真空与阻抗设计均以满足极低发射度与高流强对束流集体效应的苛刻要求为目标。
二、关键设计指标（可量化的物理目标）
HEPS的若干核心设计参数直接体现其“第四代”定位：电子束能量6 GeV、设计束流200 mA、水平自然发射度目标低于60 pm·rad，从而在典型硬X波段实现高达约1×1022 ph·s-1·mm-2·mrad-2·(0.1%bw)-1级别的亮度。这些指标决定了HEPS对相干成像、高分辨衍射、快时间分辨实验等先进应用的支撑能力。
工程实施上，一期工程规划建设若干（一期为14条插入件光束线）示范性光束线与实验站，并保留未来扩展能力（光源总体远期规划容纳光束线约90条），以便随着用户需求与技术进展逐步放大设施能力。
三、科学目标—从基础到应用的多层次支撑
HEPS的科学目标并非局限于单一学科，其愿景可以概括为三大层面：
推动基础科学前沿：利用高亮度与高相干性的硬X射线，开展晶体学、凝聚态物理中对微弱散射与微结构缺陷的高灵敏度探测，解析材料电子结构、相变动力学与微观缺陷演化等基础科学问题。
支撑工程与技术挑战：在能源材料（电池、催化）、先进合金与结构材料、半导体与纳米器件等领域，提供原位/工况下的多尺度、多模态表征能力，帮助揭示工作过程中材料失效与性能退化机制，从而促进材料与工艺的工程化改良。
服务生命科学与产业化需求：为结构生物学、药物研发、生物医学成像等提供高通量、高分辨的结构信息，同时推动产学研联合、仪器与方法国产化，助力产业技术升级与战略性需求应对。
这些目标强调“高灵敏度、可原位/工况观测、以及与应用端深度联动”的特征，体现了第四代光源从“仅供学术探索”向“兼顾基础与应用、科研与产业”转型的趋势。
四、工程与运行保障要点
为了兑现上述物理与科学目标，HEPS在工程实施上侧重若干方面：一是完善控制网与基建精度（如增强器隧道与控制网测量的高精度布设），保证加速器元件安装与长期稳定；二是对阻抗、真空、热负荷等开展逐元件模型与试验优化，以防范束流不稳定与元件损伤；三是建立快速轨道反馈与束流保护系统，确保在高流强条件下机器与光束线运行安全可靠。上述工程细节与测量、平差技术的研究是实现高可用性的关键环节。
此外，HEPS的运营策略强调开放共享与用户服务建设。通过与现有一代、二代光源的协同（如BSRF的用户基础），并逐步建立面向国内外用户的运行机制与科研合作生态，HEPS将把设施优势转化为科研产出与产业影响力。
五、结语—面向未来的实验平台
HEPS代表了我国在第四代环形同步辐射光源领域的工程化与科学化推进：以极低发射度与高亮度为物理驱动，以工程可实现性为约束，以广泛的学科需求为导向。其目标并不是简单追求参数的极大化，而是建立一个既能推动基础学术突破、又能服务工程与产业需求的长期开放科研平台。随着一期建设推动进入试运行并逐步开放，HEPS有望成为支撑我国相关学科和技术领域若干重大突破的重要基石。
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