В Китае впервые провели электронный пучок через всю 192-метровую ускоряющую секцию строящегося синхротронного комплекса Hefei Advanced Light Facility. 20 сентября электроны достигли проектной энергии 2,2 миллиарда электрон-вольт. Этот результат позволит перейти к следующему этапу: подаче пучка в накопительное кольцо, где образуется излучение мягкого рентгеновского диапазона.
HALF пока ещё не стал рабочей установкой. Инженеры подтвердили, что электронная пушка и линейный ускоритель функционируют, но впереди — наладка транспортировки пучка в кольцо, достижение устойчивой циркуляции электронов и, наконец, получение синхротронного излучения. По плану комплекс планируют ввести в научную эксплуатацию в 2028 году.
Линейный ускоритель служит входной частью системы. Электронная пушка создаёт пучок, ускоряющие структуры разгоняют частицы почти до световой скорости, а затем транспортная система должна направить их в накопительное кольцо. Там магниты будут удерживать электроны на замкнутой орбите, и специальные магнитные элементы заставят их испускать интенсивное электромагнитное излучение. По такому же принципу работают современные синхротроны, превращаясь в гигантские исследовательские микроскопы.
Основное преимущество HALF — не столько энергия 2,2 ГэВ, сколько качество пучка. Комплекс построен по схеме дифракционно-ограниченного накопительного кольца, используемой в синхротронах четвёртого поколения. Низкая эмиттанс создаёт очень узкий и хорошо упорядоченный пучок, что даёт значительно более яркое и когерентное излучение.
Национальная лаборатория синхротронного излучения Китая ожидает, что яркость и когерентность мягкого рентгеновского излучения HALF превысят показатели источников третьего поколения больше чем в 100 раз. Проект предусматривает как минимум 35 исследовательских линий. Первые направлены на изучение квантовых материалов, сверхпроводников, аккумуляторных систем, химических процессов, биологических объектов и электронной структуры вещества.
Одна из важных частей комплекса посвящена экстремальному ультрафиолету. В HALF строят линию для исследования электронных состояний и литографических процессов в диапазоне вакуумного и экстремального ультрафиолета. Установка позволит учёным изучать свойства материалов и технологические процессы, включая те, что связаны с производством полупроводников.
Связывать этот запуск с созданием у Китая готовой машины для производства передовых процессоров было бы рано. Промышленная EUV-литография требует не только источника коротковолнового излучения, но и сложной оптики, фотошаблонов, системы позиционирования кремниевой пластины, вакуумного оборудования и множества других технологий. HALF — прежде всего исследовательский синхротрон, но эксперименты на его линиях помогут разработке материалов и процессов для будущего производства микросхем.
Строительство HALF началось в июне 2023 года в Хэфэе, столице провинции Аньхой. На весь проект отведено 64 месяца. После сентябрьского испытания команда переходит к инжекции электронов в накопительное кольцо, затем выводит комплекс на стабильный режим и получает первый полноценный свет. Именно успешный запуск кольца, а не текущее прохождение электронов через линейный ускоритель, станет моментом, когда HALF преобразуется из огромного ускорительного комплекса в рабочий научный инструмент.
