В Китае впервые запустили электронный пучок на 2,2 ГэВ в комплексе HALF
В Китае впервые провели электронный пучок по всей 192-метровой линейной секции строящегося синхротронного комплекса Hefei Advanced Light Facility (HALF). Во время испытания 20 сентября электроны разогнали до проектной энергии 2,2 ГэВ, или 2,2 млрд электрон-вольт. Успешный запуск открывает путь к следующему этапу, когда пучок начнут подавать в накопительное кольцо будущего источника сверхъяркого мягкого рентгеновского излучения.
HALF пока нельзя считать запущенной научной установкой. Инженеры подтвердили работу инжектора и прохождение электронов через весь линейный ускоритель, но теперь предстоит наладить транспортировку пучка в накопительное кольцо, добиться устойчивой циркуляции электронов и только затем получить рабочее синхротронное излучение. Согласно плану проекта, комплекс должны довести до пользовательской эксплуатации в 2028 году.
Линейный ускоритель выполняет роль входных ворот HALF. Электронная пушка формирует пучок, ускоряющие структуры разгоняют частицы почти до скорости света, после чего транспортная линия должна отправить электроны в кольцо. Там магнитная система будет удерживать частицы на замкнутой траектории, а специальные магнитные элементы заставят электроны испускать интенсивное электромагнитное излучение. Похожий принцип используют другие современные синхротроны, превращая ускорители частиц в гигантские исследовательские «микроскопы».
Главное преимущество HALF связано не столько с самой энергией 2,2 ГэВ, сколько с качеством пучка. Комплекс строят по схеме дифракционно-ограниченного накопительного кольца, характерной для источников синхротронного излучения четвёртого поколения. Низкая эмиттанс позволяет сформировать очень узкий и хорошо упорядоченный электронный пучок, а значит получить значительно более яркое и когерентное излучение.
Национальная лаборатория синхротронного излучения Китая рассчитывает, что яркость и когерентность мягкого рентгеновского излучения HALF превысят показатели источников третьего поколения более чем в 100 раз. Проект предусматривает не менее 35 исследовательских линий. Первые установки предназначены для изучения квантовых материалов, сверхпроводников, аккумуляторов, химических процессов, биологических объектов и электронной структуры вещества.
Один из наиболее заметных участков комплекса связан с экстремальным ультрафиолетом. В HALF строят экспериментальную линию для исследования электронных состояний и литографических процессов в диапазоне вакуумного и экстремального ультрафиолета. Установка должна позволить исследователям изучать свойства материалов и технологические процессы, связанные в том числе с полупроводниковым производством.
Связывать нынешний запуск напрямую с появлением у Китая готовой машины для производства передовых процессоров преждевременно. Промышленная EUV-литография требует не только источника коротковолнового излучения, но и сложнейшей оптики, фотошаблонов, позиционирования кремниевой пластины, вакуумной системы и десятков других технологий. HALF прежде всего представляет собой исследовательский синхротрон, хотя эксперименты на его линиях способны помочь разработке материалов и процессов для будущего производства микросхем.
Строительство HALF началось в июне 2023 года в Хэфэе, административном центре китайской провинции Аньхой. На весь проект отвели 64 месяца. После сентябрьского испытания команда переходит к наладке инжекции электронов в накопительное кольцо, затем инженерам предстоит вывести комплекс на стабильный режим и получить первый полноценный свет. Именно успешный запуск кольца, а не нынешнее прохождение электронов через линейный ускоритель, станет моментом, когда HALF начнёт превращаться из огромного ускорительного комплекса в рабочий научный инструмент.