【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，上海光源線站工程取得關(guān)鍵進(jìn)展。儲存環(huán)內(nèi)安裝的國內(nèi)首臺無源超導(dǎo)三次諧波腔模組將束團(tuán)長度拉伸約3倍，結(jié)合束團(tuán)純化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了混合束團(tuán)填充模式下單束團(tuán)流強(qiáng)高于20mA，支持快速X光成像線站在國內(nèi)首次成功實(shí)現(xiàn)了基于同步輻射光源的單脈沖超快硬X射線成像，其成像時(shí)間分辨率達(dá)到60 ps，并被應(yīng)用到氣泡動(dòng)力學(xué)的超快測量，清晰觀測到在激光燒蝕后不同時(shí)刻水中氣泡的形核、長大、破裂以及射流過程的超瞬態(tài)圖像，尤其是清晰觀測到傳統(tǒng)光學(xué)診斷手段無法觀測到的微射流過程，為氣泡動(dòng)力學(xué)這一經(jīng)典問題的深入研究帶來了嶄新的手段。
 

　　上海光源儲存環(huán)采用被動(dòng)式的超導(dǎo)高次諧波腔，運(yùn)行頻率1500 MHz，自2006年進(jìn)行理論與模型腔設(shè)計(jì)研究，后在上海光源線站工程加速器性能拓展中作為束團(tuán)長度控制系統(tǒng)的工程任務(wù)，開展了超導(dǎo)腔、恒溫器、調(diào)諧器和高次模吸收器等的國產(chǎn)化自主研制。2021年2月，完成4.2K下模組的水平測試，結(jié)果表明Q0~ 4.0×108 @ Eacc = 7.5 MV/m和Q0 ~ 3.8×108 @ Eacc = 10.0 MV/m；2021年8月，完成隧道內(nèi)安裝就位、降溫和信號調(diào)試；2021年11月9日以來的帶束調(diào)試，在儲存環(huán)均勻填充四個(gè)束團(tuán)串共556個(gè)束團(tuán)時(shí)，束團(tuán)長度(半高寬)從55 ps拉長至122 ps；混合填充1個(gè)單束團(tuán)和520個(gè)束團(tuán)串時(shí)，束團(tuán)長度(半高寬)拉長至165.7 ps，拉伸倍數(shù)約3倍，且單束團(tuán)內(nèi)的流強(qiáng)高于24 mA，皆優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)，為快速X光成像線站的測試提供了良好的束流條件。
 

　　快速X光成像線站是一條硬X射線能量段、實(shí)現(xiàn)從毫秒到亞百皮秒時(shí)間分辨和微米級空間分辨成像的光束線站，該線站配置有先進(jìn)的材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)平臺、高速流體動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺、動(dòng)態(tài)顯微CT實(shí)驗(yàn)平臺，其液氮冷卻低溫波蕩器、液氮冷卻雙晶單色器、單脈沖超快X射線成像探測器(最短成像曝光時(shí)間60 ps)、高速X射線成像探測器(成像幀頻達(dá)到5 M fps)、快速X射線成像探測器(成像幀頻達(dá)到100000 fps)、快門系統(tǒng)(控制通光時(shí)間 < 1 ms)、同步定時(shí)系統(tǒng)(定時(shí)精度達(dá)到5 ps)等光束線站關(guān)鍵設(shè)備均由上海光源自主研制。特別是，研制成功大數(shù)值孔徑三鏡頭雙路光學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與兩個(gè)ICCD相機(jī)組合成雙幅單脈沖超快X射線成像探測器；與微通道板和高速CMOS相機(jī)組合成多幅單脈沖超快X射線成像探測器；可一次拍攝雙幅或多幅單脈沖成像圖像，時(shí)間分辨率可達(dá)60 ps，空間分辨率可達(dá)1.3 μm，對于不可重復(fù)的超快過程可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高分辨、單脈沖超快X射線成像。為基于研制的雙幅單脈沖超快X射線成像探測器拍攝得到激光加載后兩個(gè)時(shí)刻上的水中氣泡的瞬態(tài)圖像，可以清晰觀測到一次激光加載后，水中氣泡在兩個(gè)時(shí)刻上不同的結(jié)構(gòu)變化，兩幅圖像之間最短時(shí)間間隔為1.44 μs(為電子繞儲存環(huán)一周的時(shí)間)。
 

　　此外，實(shí)驗(yàn)站還配備了一級輕氣炮、霍普金森桿、燃油噴霧室、高溫樣品室、力學(xué)加載試驗(yàn)機(jī)等原位裝置和自動(dòng)換樣機(jī)械手。該線站的建成表明，上海光源自主建設(shè)高水平硬X射線光束線站的能力登上了新臺階，我國已成功突破了同步輻射X射線超快成像的關(guān)鍵技術(shù)并取得重要進(jìn)展，這將為我國在材料沖擊響應(yīng)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、高速流體動(dòng)力學(xué)、軟物質(zhì)動(dòng)力學(xué)等方向的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究提供了有力支撐，特別是為航空航天復(fù)合材料、推進(jìn)劑和輕質(zhì)合金動(dòng)態(tài)服役行為研究提供了超快顯微觀測能力，并對關(guān)鍵工程材料設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。