美国能源部阿贡国家实验室先进光子源(APS)升级项目近期取得重要进展。2024年末至2025年初，由机械工程师阿尔塔夫·汗(Altaf Khan)及其团队参与设计和建设的两条特色光束线首次投入使用，分别是位于4-ID的POLAR偏振调制光谱光束线，以及位于9-ID的CSSI相干表面散射成像光束线。
这是从巨型探测器“大管”(Grand Tube)内部拍摄的照片，该探测器是CSSI特色光束线上正在建设中的新型巨型探测器。(图片由Mark Lopez/阿贡国家实验室提供。)
先进光子源是美国能源部科学办公室的用户设施，可为材料科学、化学、凝聚态物理、生命科学、环境科学和应用研究等领域提供高亮度X射线束。APS共有72条光束线，每条光束线服务不同科研方向。用户在开展实验时，常需要专门的光学元件、样品平台和辐射屏蔽设备，机械工程团队的工作正是把科研需求转化为能够安装、运行和维护的工程方案。
在APS升级项目中，汗协调工程师、设计师和科学家团队，完成POLAR和CSSI两条光束线的设计、采购、供应商招标、交付监督、安装、校准和调试。汗表示，这两条光束线都充分利用了新型存储环带来的性能提升。
POLAR面向量子材料研究，尤其适用于磁性材料相关实验，可服务能源和信息技术领域研究。该光束线支持三个仪器站实验，配备先进的X射线聚焦光学系统和精密样品环境，能够在磁场、压力、温度等极端条件下探测材料特性。汗提到，团队在设计时也十分重视易用性，“如果设备难以使用，再完美也会影响实际价值”。
CSSI则用于X射线表面散射和成像研究，可对纳米尺度结构进行三维成像，对研究微电子器件中的微小缺陷尤其有帮助。该光束线配套建设了一套被称为“巨型管”的大型探测装置，长22米、直径约3米，内部安装可移动探测器，用于绘制样品图像。汗认为，“巨型管”的设计、制造和安装是团队的重要成果之一。该项目需要与西班牙供应商以及实验室内部负责吊装、电气工程等工作的多个团队协同完成，安装工作历时三周。
除两条特色光束线外，汗还协调了APS升级项目中光束线安装的勘测和校准工作。他带领15名技术人员和4名工程师完成高精度校准，最终设备定位精度控制在四分之一毫米以内。在APS升级停运一年后，第一条光束线重新开展X射线实验时，光束顺利穿过所有组件。汗将这一结果归功于团队在安全、精度和进度上的持续努力。
汗表示，初代APS在过去25年带来了大量科学成果，并对多个关键领域产生影响。他期待升级后的存储环能够支持更多新研究。APS由阿贡国家实验室根据合同DE-AC02-06CH11357为美国能源部科学办公室运营，每年服务超过5000名研究人员，相关研究成果发表论文超过2000篇。
