近日，美国能源部(DOE)位于阿贡国家实验室的用户设施——先进光子源(APS)在完成升级后，再次为同步加速器科学树立了新的全球标杆。其电子储存环实现了仅为33皮米 - 弧度(pm·rad)的水平发射度，这是迄今为止在同步加速器X射线光源中测得的最低水平发射度。

这一成果建立在先前APS测量基础之上，进一步证实了该设施在经过一年全面升级停运后恢复运营时的世界领先地位。

美国物理学会主任、阿贡国家实验室光子科学副主任兼APS主任劳伦特·夏蓬(Laurent Chapon)表示：“这不仅对我们团队来说是令人兴奋的，他们努力构想、设计、制造、建造和调试新的储存环，而且对整个光源界和科学家们来说也是如此，他们将在未来几十年利用更明亮的光束对科学和社会产生积极影响。”

APS加速器系统部门副主任、升级设计背后的构想者之一迈克尔·博兰德(Michael Borland)称：“新的APS电子存储环旨在为这种规模的设备提供尽可能低的发射度，它依赖于几个从未使用过的想法：反向弯曲磁铁和一种新颖的补充环内电子的方法。”

发射度是指电子束的尺寸和角度扩展，是决定X射线亮度的关键因素。较低的发射度意味着电子束更紧密地聚集在一起，从而为科学研究提供更明亮、更聚焦的X射线。最新测量结果显示，33 pm·rad的辐射强度超过了欧洲同步辐射装置“极亮源”保持的134 pm·rad的世界纪录。此前，APS的测量结果已打破这一纪录，在50毫安束流下，水平辐射强度达到45 pm·rad，此次更新的33 pm·rad数据凸显了该装置前所未有的性能。

APS的升级包括安装一个全新的电子储存环，以取代运行超过25年的原有储存环。新设计融合了反向弯曲磁铁和新颖的补充注入方案等先进功能，使其成为同规模设施中最先进的储存环。

由于电子束尺寸极小，直接测量电子束的发射度极具挑战性。APS科学家利用29 - ID和3 - ID - B光束线的高精度X射线诊断设备，表征了正常运行期间电子束的特性。

目前，该设施已恢复承办其首批外部用户实验，并将于2025年全年上线更多光束线。每年有超过5000名研究人员使用APS，利用其强X射线束推动储能、微电子、量子材料和医学等领域的发展。

博兰德表示：“看到这一切最终实现，真是令人激动。从构思到设计，再到功能齐全的储存环，再到世界领先的发射度测量，这简直无与伦比。我们都期待着科学界将如何运用这些非凡的新技术。”

美国能源部科学办公室位于阿贡国家实验室的先进光子源(APS)是世界上生产力最高的X射线光源设施之一。APS为材料科学、化学、凝聚态物理、生命与环境科学以及应用研究领域的各类研究人员提供高亮度X射线束。这些X射线非常适合探索材料和生物结构、元素分布、化学、磁性和电子状态，以及从电池到燃油喷射喷雾等各种具有重要技术的工程系统，所有这些都是美国国家经济、技术和身体健康的基础。每年，超过5000名研究人员使用APS发表2000多篇出版物，详细介绍具有影响力的发现，并比任何其他X射线光源研究设施的用户解决更多重要的生物蛋白质结构。APS科学家和工程师创新技术，这些技术是推动加速器和光源操作的核心，包括产生极亮X射线的插入装置、将X射线聚焦到几纳米的透镜、最大化X射线与所研究样本相互作用方式的仪器，以及收集和管理APS发现研究产生的大量数据的软件。

该项研究使用了先进光子源的资源，先进光子源是美国能源部科学办公室用户设施，由阿贡国家实验室根据合同编号DE - AC02 - 06CH11357为能源部科学办公室运营。