英文原题：Hefei Advanced Light Facility: A Soft X‑ray Diffraction-Limited Storage Ring Light Source in China

通讯作者：冯光耀，中国科学技术大学；白正贺，中国科学技术大学

作者：Zhenghe Bai* (白正贺)，Bingfeng Wei (魏炳锋)，Xiaoyu Liu (刘晓宇)，Penghui Yang (杨鹏辉)，Zhouyu Zhao (赵周宇)，Guangyao Feng* (冯光耀)

背景介绍

为满足前沿科学研究对同步辐射更高亮度与更高相干性的需求，中国科学技术大学国家同步辐射实验室自2008年起即开始规划真空紫外与软X射线波段的第四代同步辐射光源——合肥先进光源（HALF）。第四代同步辐射光源的储存环电子束发射度接近或达到所辐射X射线光子束的衍射极限发射度，故又称衍射极限储存环光源。HALF于2021年获国家立项，2023年6月开工建设，计划于2028年10月建成。

HALF储存环电子束的自然发射度设计目标为＜100 pm·rad，能量为2.2 GeV，未来可提升至2.5 GeV。储存环由20个相同的周期单元组成，采用H6BA磁聚焦结构，每个周期单元包含长、短两个直线节，可容纳大量高性能插入件。HALF采用一台满能量直线加速器作为储存环的注入器。HALF规划建设约35条光束线，其中绝大多数为插入件光束线，一期工程将建设10条。

文章亮点

近日，中国科学技术大学冯光耀研究员、白正贺副研究员等在Photon Science上发表了题为“Hefei Advanced Light Facility: A Soft X‑ray Diffraction-Limited Storage Ring Light Source in China”的论文(Article)。文章主要介绍了HALF储存环的设计与技术特色，及其光源性能。

HALF储存环采用了一种新型H6BA磁聚焦结构，如图1所示。与采用ESRF-EBS类型的H7BA结构设计相比，该设计的自然发射度相当，但阻尼时间显著缩短，且每个单元具有长、短两个直线节。HALF储存环周长为479.86米，在2.2 GeV能量下，自然发射度为85 pm·rad，安装两台阻尼扭摆器后降至72 pm·rad。HALF首次在衍射极限储存环光源中实现电磁变间隙纵向梯度二极磁铁的大规模工程应用。此外，还发展了基于反切割磁铁的调试注入方案和采用铁氧体结构的新型非线性脉冲磁铁的运行注入方案，前者系其在衍射极限储存环光源中的首次工程应用，后者具有较高的励磁效率。

图1. HALF储存环H6BA磁聚焦结构的磁铁布局与光学函数。

为抑制束内散射导致的发射度增长，HALF储存环采用两台阻尼扭摆器增强辐射阻尼、超导被动谐波腔进行束团拉伸，并结合全耦合束流运行等手段。将束流能量从2.2 GeV提升至2.5 GeV可显著抑制束内散射效应，并有利于明显抑制束流不稳定性和提高辐射光子束通量。此外，针对用户插入件间隙调节引起的发射度变化，首次在色散直线节采用变间隙扭摆器，基于量子激发效应实现发射度的高效补偿，该方案系衍射极限储存环光源中的首次工程实践。一期建设的10条插入件光束线涵盖多种类型波荡器，其中纯圆偏振波荡器为国内同步辐射光源首次应用。图2为HALF部分插入件的辐射亮度。

图2. HALF部分插入件的辐射亮度。

总结/展望

本文介绍了正在合肥建设的软X射线衍射极限储存环光源HALF的设计与性能。HALF储存环采用了一种新型H6BA磁聚焦结构，基于该结构完成了物理设计与技术集成，目前HALF光源工程已进入设备安装阶段。HALF规划建设超过30条高性能插入件光束线，一期工程计划于2028年10月建成，届时将成为亚洲首台能量≤2.5 GeV的衍射极限储存环光源，为前沿科学研究提供超高亮度真空紫外与软X射线光子束。

相关论文发表在Photon Science上，白正贺副研究员为文章第一作者，冯光耀研究员与白正贺副研究员为通讯作者。

Q&A

Photon Science:  您选择该领域的初心是？

作者团队：

选择衍射极限储存环光源领域，源于对同步辐射光源物理极限的执着追求。当电子束发射度接近X射线衍射极限时，光源的亮度和相干性将实现质的飞跃，这种逼近物理极限的挑战深深吸引着我们。从早期参与第二代同步辐射光源的运行与改造，到见证第四代同步辐射光源在全球范围内从概念走向现实，我们始终对这一领域怀有热情：探索如何将加速器物理的极致性能转化为科学家手中最有力的研究工具，更让中国的科学家用上世界最好的软X射线探针，为前沿科学探索提供最锐利的“眼睛”。

Photon Science:  您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

衍射极限储存环光源领域经过约二十年的发展，已在全球范围内进入工程建设和运行的黄金期。我们的愿景是，在光源物理与技术上持续深耕，让衍射极限储存环光源技术体系更加成熟和完善，为光子科学提供更强大的研究支撑。以合肥先进光源建成为契机，推动我国在真空紫外和软X射线波段的研究能力跻身世界最前列，使其成为全球科学家争相使用的顶尖研究平台。

通讯作者信息

冯光耀，中国科学技术大学研究员，博士生导师，国家同步辐射实验室副主任， 合肥先进光源总工程师兼副总指挥，国家重点研发计划项目首席科学家。曾在合肥光源重大升级改造项目中担任副总工程师，同时兼任总体物理设计和磁铁系统负责人。赴德国DESY工作期间，从事FLASH和EXFEL束流动力学及辐射特性研究工作，并参加了EXFEL装置束流调试和性能优化。主要研究方向包括加速器物理与技术、自由电子激光物理、先进磁铁与电子源技术等。

白正贺，中国科学技术大学国家同步辐射实验室副研究员，博士生导师，合肥先进光源副总工程师、储存环物理系统负责人。近十年来，主要从事衍射极限储存环光源物理和合肥先进光源装置的研究工作。曾在法国SOLEIL同步辐射光源做访问学者，从事衍射极限储存环物理研究工作。主要研究方向包括电子储存环物理、束流动力学和同步辐射光源装置等。已发表期刊与会议学术论文100余篇。

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Photon Sci. 2026

https://doi.org/10.1021/photonsci.6c00037

Publication Date: July 22, 2026

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