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- 上海光源
簡(jiǎn)介
2010年1月19日下午在上海順利通過國(guó)家驗(yàn)收。標(biāo)志著中國(guó)這一性能指標(biāo)達(dá)到世界一流的中能第三代同步輻射光源，歷經(jīng)十年立項(xiàng)和五十二個(gè)月緊張建設(shè)，已全面、優(yōu)質(zhì)、按期完成工程建設(shè)任務(wù)，即將正式對(duì)中外各學(xué)科領(lǐng)域的科研用戶開放。
上海光源,即SSRF (Shanghai Synchrotron Radiation Facility)
我國(guó)跨世紀(jì)最大的科學(xué)工程，投資逾12億人民幣，2004年12月開工，坐落上海張江高科技園區(qū)。 作為國(guó)家級(jí)大科學(xué)裝置和多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，上海光源由全能量注入器（包括150MeV電子直線加速器、周長(zhǎng)180米的全能量增強(qiáng)器和注入／引出系統(tǒng)）、電子儲(chǔ)存環(huán)（周長(zhǎng)432米，能量3.5GeV）、光束線和實(shí)驗(yàn)站組成。
在這個(gè)碩大的圓形裝置中，全能量注入器提供電子束并使其加速到所需能量，無數(shù)電子束以接近光的速度在閉合環(huán)形的真空電子儲(chǔ)存環(huán)中運(yùn)行，并在拐彎時(shí)放出同步輻射光。電子儲(chǔ)存環(huán)是同步輻射光源的主體與核心，它的性能直接決定了同步輻射光源性能的優(yōu)劣。為了保證向用戶提供在空間位置上高度穩(wěn)定的同步輻射光，電子束軌道的穩(wěn)定需要被控制在微米量級(jí)。
光束線沿著電子儲(chǔ)存環(huán)的外側(cè)分布，它起著用戶實(shí)驗(yàn)站與電子儲(chǔ)存環(huán)之間的橋梁作用。也就是說這道“光閘”將從電子儲(chǔ)存環(huán)引出的同步輻射光束“條分縷析”出從遠(yuǎn)紅外到硬X射線等不同波長(zhǎng)的同步射光，并按用戶要求進(jìn)行準(zhǔn)直、聚焦等再加工，然后輸送到用戶實(shí)驗(yàn)站。
在實(shí)驗(yàn)站，同步輻射光被“照射”到各種各樣的實(shí)驗(yàn)樣品上，同時(shí)科學(xué)儀器記錄下實(shí)驗(yàn)樣品的各種反應(yīng)信息或變化，經(jīng)處理后變成一系列反映自然奧秘的曲線或圖像?？茖W(xué)家和工程師們不僅可以利用強(qiáng)大光速快速測(cè)定蛋白質(zhì)三維晶體結(jié)構(gòu)，還能完成對(duì)超大規(guī)模集成電路的“精雕細(xì)刻”。
從2004年12月25日正式破土動(dòng)工，到2009年4月完成調(diào)試后向用戶開放，這臺(tái)投資超過12億人民幣的中能第三代同步輻射光源，能量?jī)H次于世界上僅有的3臺(tái)高能光源
重要影響 2009年3月16日，中控室監(jiān)控加速器工作
“上海光源”光源能量位居世界第四，是世界上性能最好的中能光源之一。“上海光源”具有建設(shè)60條以上光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站的能力，可同時(shí)提供從遠(yuǎn)紅外線、紫外線，到硬X射線等不同波長(zhǎng)的高亮度光束，每年供光機(jī)時(shí)將超過5000小時(shí)，每天可容納幾百名科研人員，在各自的實(shí)驗(yàn)站上，使用同步輻射光進(jìn)行多學(xué)科前沿研究和高新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。
科學(xué)家利用上海光源裝置，可破解生物大分子三維結(jié)構(gòu)，揭示蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，為正在到來的“后基因組時(shí)代”生命科學(xué)研究創(chuàng)造優(yōu)良條件，使中國(guó)生命科學(xué)迅速進(jìn)入結(jié)構(gòu)分子生物學(xué)的世界前列，并從“源頭”上促進(jìn)中國(guó)醫(yī)學(xué)、制藥和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。利用上海光源的X光顯微成像和斷層掃描成像技術(shù)，可直接獲取亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖像，給中國(guó)科學(xué)家提供全新的生命動(dòng)態(tài)視野，這可能成為21世紀(jì)初中國(guó)生命科學(xué)的光輝里程碑。用上海光源中的高亮度Ｘ射線光束，可揭示材料中原子的精確構(gòu)造，以便設(shè)計(jì)出更多豐富人們生活的新穎材料。用上海光源中的雙色減影心血管造影技術(shù)，可為心血管疾患作快速清晰的早期診斷。利用上海光源中的Ｘ射線深度刻蝕光刻技術(shù)， 可制造肉眼難以看清的微型馬達(dá)、微型齒輪、微型傳感器、微型泵閥，以及微型醫(yī)用器件等。
上海光源裝置建成后，還將直接帶動(dòng)中國(guó)電子工業(yè)、精密機(jī)械加工業(yè)、超大系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)、高穩(wěn)定建筑技術(shù)，以及其它相關(guān)工業(yè)的快速發(fā)展。
首獲成功
實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論計(jì)算的真空波蕩器輻射光譜
硬X射線微聚焦及應(yīng)用光束線站（BL15U1）是上海光源工程首批光束線站中，第一條進(jìn)行調(diào)試的真空波蕩器光束線站。2009年2月6日下午，科研人員完成了調(diào)束前準(zhǔn)備工作，晚18:00開始正式調(diào)束，隨即在光束線熒光靶和絲掃描探測(cè)器上分別觀測(cè)到波蕩器輻射光斑和光電流，21:30分在實(shí)驗(yàn)站鈹窗出口處的電離室上探測(cè)到波蕩器輻射的5.4 keV單色光（3次諧波），并掃描獲得該能量下單色器搖擺曲線，實(shí)現(xiàn)了首輪調(diào)束目標(biāo)。隨后，科研人員連續(xù)奮戰(zhàn)，測(cè)量了波蕩器光源3－11次諧波輻射光譜，完成Cu的近邊吸收譜的測(cè)量和單色器能量標(biāo)定，測(cè)量了微量元素標(biāo)準(zhǔn)樣品SRM610（500ppm）和SRM614（1ppm）的熒光譜。
BL15U1線站使用的真空波蕩器由中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所自行設(shè)計(jì)和研制，是國(guó)內(nèi)第一臺(tái)真空波蕩器。真空波蕩器是決定中能第三代同步輻射光源能否產(chǎn)生可與高能光源相比的硬X射線的重大關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度高，是集高精度磁體技術(shù)、超高真空技術(shù)、精密機(jī)械傳動(dòng)和控制技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)于一體的光源設(shè)備。BL15U1線站使用的這臺(tái)波蕩器共80個(gè)磁周期，周期長(zhǎng)度25mm，采用混合型磁體結(jié)構(gòu)，最小工作磁間隙7mm，最大峰值磁場(chǎng)強(qiáng)度0.95T；波蕩器為真空型結(jié)構(gòu)，全部磁體和支撐梁處于超高真空環(huán)境中；機(jī)械傳動(dòng)采用磁列錐度可調(diào)、雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，通過控制系統(tǒng)操作實(shí)現(xiàn)上下磁列平行模式和錐度模式運(yùn)行。上海光源首批線站使用的兩臺(tái)真空波蕩器原計(jì)劃整機(jī)從美國(guó)公司進(jìn)口，由于該公司制造工期嚴(yán)重延誤，為確保進(jìn)度，上海光源工程經(jīng)理部于2008年3月決定緊急啟動(dòng)自主研制兩臺(tái)真空波蕩器的工作。工程經(jīng)理部從各相關(guān)系統(tǒng)抽調(diào)技術(shù)骨干組成項(xiàng)目組，集中力量研制，經(jīng)過設(shè)備調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)與評(píng)審、非標(biāo)設(shè)備制造和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備采購、設(shè)備總裝和調(diào)試，僅用11個(gè)月的時(shí)間就完成了國(guó)內(nèi)首臺(tái)真空波蕩器的研制，為最后工程節(jié)點(diǎn)的可控提供了保證。2009年1月28日，這臺(tái)真空波蕩器完成磁場(chǎng)、真空、機(jī)械與控制等性能測(cè)試，順利安裝到儲(chǔ)存環(huán)上；2月3日完成現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)直、真空安裝調(diào)試、電氣安裝和聯(lián)合調(diào)試，2月4日調(diào)試出光。根據(jù)實(shí)測(cè)的輻射光譜進(jìn)行優(yōu)化后，光束線末端的探測(cè)器上已觀察到波蕩器高強(qiáng)度的11次高次諧波輻射，從實(shí)測(cè)強(qiáng)度歸算出的波蕩器相位誤差約在4度的水平，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
同步輻射
BL15U1線站獲得的Cu的近邊吸收譜
同步輻射是由以接近光速運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中作曲線運(yùn)動(dòng)改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射,其本質(zhì)與中國(guó)日常接觸的可見光和X光一樣，都是電磁輻射。由于這種輻射是1947年在同步加速器上被發(fā)現(xiàn)的，因而被命名為同步輻射（Synchrotron radiation）。由于同步輻射造成的能量損失極大地阻礙了高能加速器能量的提高，因此在早期同步輻射被作為高能物理極力要排除的因素。后來，人們發(fā)現(xiàn)同步輻射具有常規(guī)光源不可比擬的優(yōu)良性能，如高準(zhǔn)直性，高極化性，高相干性，寬的頻譜范圍、高光譜耀度和高光子通量等。從70年代開始，發(fā)達(dá)國(guó)家逐步開展了同步輻射的應(yīng)用研究，其卓越的性能為人們開展科學(xué)研究和應(yīng)用研究帶來了廣闊的前景，因此在幾乎所有的高能電子加速器上都建造了同步輻射線站，以及各種應(yīng)用同步輻射光的實(shí)驗(yàn)裝置。
同步輻射光源自1947年代誕生以來，已有近60年的歷史，隨著應(yīng)用研究工作不斷深入，應(yīng)用范圍不斷拓展，對(duì)同步輻射光源的要求也不斷提高，并經(jīng)歷了三代的快速歷史發(fā)展階段。第一代同步輻射光源是寄生于高能物理實(shí)驗(yàn)專用的高能對(duì)撞機(jī)的兼用機(jī)，如北京光源（BSR）就是寄生于北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)（BEPC）的典型第一代同步輻射光源；第二代同步輻射光源是基于同步輻射專用儲(chǔ)存環(huán)的專用機(jī)，如合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室（HLS）；第三代同步輻射光源是基于性能更高的同步輻射專用儲(chǔ)存環(huán)的專用機(jī)，如上海光源(SSRF)。世界上已建成的第一代同步輻射光源有17臺(tái)，第二代有23臺(tái)，第三代有13臺(tái)（包括中國(guó)臺(tái)灣及南韓的各1臺(tái)），正在建造和設(shè)計(jì)的第三代同步輻射光源有12臺(tái)。預(yù)計(jì)到2010年前后，每天將有上萬名科學(xué)家和工程師同時(shí)使用這些同步輻射光源，從事前沿學(xué)科研究和高新技術(shù)開發(fā)。 第一代、第二代、第三代同步輻射光源之間的最主要的區(qū)別，是在于作為發(fā)光光源的電子束斑尺寸或電子發(fā)射度的迥異。例如第二代的合肥同步輻射光源，其電子束發(fā)射度約150納米弧度，而第三代的上海光源，其電子束發(fā)射度約4納米弧度，二者相差近40倍，結(jié)果得到的光亮度差1600倍，近三個(gè)量級(jí)！另一顯著差別是可使用的插入件的數(shù)量懸殊，第二代光源僅能安裝幾個(gè)插入件，而第三代光源可有十幾個(gè)到幾十個(gè)插入件。由于插入件產(chǎn)生的光較之彎轉(zhuǎn)磁鐵產(chǎn)生的光具有更高的亮度和更好的性能，可見插入件數(shù)量的多寡可直觀地表征光源的性能的優(yōu)劣。
先進(jìn)性
地理位置與交通
性能價(jià)格比高：儲(chǔ)存環(huán)的能量3.5GeV，在中能區(qū)光源中能量最高，性能優(yōu)化在用途最廣的X射線能區(qū)。利用近年來插入件技術(shù)的新進(jìn)展，不僅可在光子能量為1-5keV產(chǎn)生最高耀度的同步輻射光，而且在5-20keV光譜區(qū)間可產(chǎn)生性能趨近6-8GeV高能量光源所產(chǎn)生的高耀度硬X光；
全波段：波長(zhǎng)范圍寬，從遠(yuǎn)紅外直到硬X射線，且連續(xù)可調(diào)。利用不同波長(zhǎng)的單色光，可揭示用其他光源無法得知的科學(xué)秘密；
高強(qiáng)度：總功率為600千瓦，是Ｘ光機(jī)的上萬倍。光通量大于1015光子/（S.10－3bw）。高強(qiáng)度和高通量為縮短實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取時(shí)間、進(jìn)行條件難以控制的實(shí)驗(yàn)以及醫(yī)學(xué)、工業(yè)應(yīng)用提供了可能；
高耀度：其耀度是最強(qiáng)的Ｘ光機(jī)的上億倍，主要光譜復(fù)蓋區(qū)的光耀度為1017～1020光子/（S.mm2.mrad2.10－3bw）。高亮度為取得突破性科技成果提供了高空間分辨、高動(dòng)量分辨和超快時(shí)間分辨的條件；
優(yōu)良的脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)：其脈沖寬度僅為幾十皮秒，可以單束團(tuán)或多束團(tuán)模式運(yùn)行，相鄰脈沖間隔可調(diào)為幾納秒至微秒量級(jí)，能為研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力過程、生命過程、材料結(jié)構(gòu)變化過程和大氣環(huán)境污染過程等提供正確可信的數(shù)據(jù)；
高偏振：上海光源中在電子軌道平面上放出的同步光是完全線極化的, 而離開電子軌道平面方向發(fā)射的同步光則是橢圓極化的，因而是研究具有旋光性的生物分子、藥物分子和表現(xiàn)為雙色性的磁性材料的有力工具；
準(zhǔn)相干：上海光源從插入件引出的高耀度光具有部分相干性, 為眾多前沿學(xué)科的顯微全息成像分析開辟了道路；
高穩(wěn)定性，可以提供十幾到幾十小時(shí)的穩(wěn)定束流，光束位置穩(wěn)定度僅約光斑的10%；
高效性：總共將建設(shè)近60條以上光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站，給用戶的供光機(jī)時(shí)將超過5000小時(shí)/年，每天可容納幾百名來自海內(nèi)外不同學(xué)科領(lǐng)域或公司企業(yè)的科學(xué)家/工程師，夜以繼日地在各自的實(shí)驗(yàn)站上使用同步輻射光；
靈活性：光源可運(yùn)行于單束團(tuán)、多束團(tuán)、高通量、高亮度和窄脈沖等多種模式，可依據(jù)用戶需求快速變換運(yùn)行模式，以滿足用戶的多種需求；
前瞻性：首批光束線站的科學(xué)目標(biāo)先進(jìn)，能夠滿足中國(guó)多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域?qū)ν捷椛鋺?yīng)用的迫切需要，并至少具有30年科學(xué)壽命。
國(guó)際地位
“上海光源”高性能電子儲(chǔ)存環(huán)旁的部分實(shí)驗(yàn)站
SSRF能量居世界第四（僅次于日本SPring-8、美國(guó)APS、歐洲ESRF），性能超過同能區(qū)現(xiàn)有的第三代同步輻射光源，是世界上正在建造或設(shè)計(jì)中的性能最好的中能光源之一；
光源建造規(guī)模符合中國(guó)國(guó)情，投資適中，在寬廣的光子能區(qū)具有好的性能價(jià)格比。光子能量范圍優(yōu)化在0.1-40keV。在5-20keV的硬X射線區(qū)，其耀度可接近大而昂貴的6-8GeV的第三代光源。在1-5keV能譜范圍內(nèi)的耀度居世界最高之列；
SSRF將在亞洲地區(qū)與日本SPring-8 (8GeV)、韓國(guó)PLS (2.5GeV)、中國(guó)臺(tái)灣TLS (1.5GeV)和印度Indus-II (2.5GeV) 等高低能量的第三代同步輻射光源一起形成可以與美國(guó)和歐洲比擬的能量和性能分布合理的光源群，成為面向世界的同步輻射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?？茖W(xué)壽命大于30年。
目標(biāo)技術(shù)
1）上海光源的建設(shè)目標(biāo)
上海光源屬中能第三代同步輻射光源，其電子束能量為3.5GeV，僅次于日本的SPring-8 (8GeV)、美國(guó)的APS（7GeV）和歐洲共同體的ESRF（6GeV），居世界第四。上海光源包括一臺(tái)100MeV的電子直線加速器、一臺(tái)能在0.5秒內(nèi)把電子束從100MeV加速到3.5GeV全能量的增強(qiáng)器和一臺(tái)3.5GeV的高性能電子儲(chǔ)存環(huán)，以及首批建成的7+1條光束線站。上海光源儲(chǔ)存環(huán)平均流強(qiáng)300mA，最小發(fā)射度4納米弧度，束流壽命大于10小時(shí)。配以先進(jìn)的插入件后，可在用戶需求最集中的光子能區(qū)（0.1-40keV）產(chǎn)生高通量、高耀度的同步輻射光，光子亮度大于1019。儲(chǔ)存環(huán)共有40塊彎轉(zhuǎn)二極磁鐵、16個(gè)6.5米的標(biāo)準(zhǔn)直線節(jié)和4個(gè)12米的超長(zhǎng)直線節(jié)，具有安裝26條插入件光束線、36條彎鐵光束線和若干條紅外光束線等共60多條光束線的能力，它可同時(shí)為近百個(gè)實(shí)驗(yàn)站供光。首批建造的5條基于插入件的光束線站，分別是生物大分子晶體學(xué)線站、XAFS線站、硬X射線微聚焦及應(yīng)用線站、X射線成像與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用線站、軟X射線掃描顯微線站；2條基于彎轉(zhuǎn)磁鐵的光束線站分別是高分辨衍射線站和X射線散射線站。此外，還將建造一個(gè)基于軟X射線光束線的X射線干涉光刻分支線站。
2）上海光源的技術(shù)難度
上海光源是極其復(fù)雜的大科學(xué)工程，包含有眾多系統(tǒng)，它們分別涉及超導(dǎo)高頻及低溫技術(shù)、超高真空技術(shù)、高精度數(shù)字化電源技術(shù)、高性能磁鐵及機(jī)械準(zhǔn)直技術(shù)、高性能束流診斷技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)，以及先進(jìn)光束線技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，部件研制及系統(tǒng)集成難度極高；特別是須在保證各系統(tǒng)性能的前提下達(dá)到很低的故障率，以實(shí)現(xiàn)提供十幾到幾十小時(shí)的穩(wěn)定束流、年運(yùn)行5000小時(shí)以上供光時(shí)間的預(yù)定目標(biāo)。
高耀度要求儲(chǔ)存環(huán)具有小發(fā)射度。上海光源的水平發(fā)射度僅約4納米弧度，光源點(diǎn)水平束斑尺寸約150微米、垂直束斑尺寸僅約10微米。然而，低發(fā)射度要求儲(chǔ)存環(huán)的動(dòng)力學(xué)孔徑只能很小，也帶來了光束的各種不穩(wěn)定性、束流壽命短等難題?？梢?，如何優(yōu)化光源的動(dòng)力學(xué)性能以提高束流壽命，是一大難題。
為保持束流穩(wěn)定，其軌道的垂直穩(wěn)定度須控制在1微米以內(nèi)，如何實(shí)現(xiàn)這指標(biāo)是建造上海光源的一大難點(diǎn)。嚴(yán)格控制地基的不均勻沉降、儲(chǔ)存環(huán)隧道和實(shí)驗(yàn)大廳地板的扭曲和變形，嚴(yán)格限定儲(chǔ)存環(huán)隧道內(nèi)空氣溫度的變化和光源設(shè)備冷卻水溫度的變化，監(jiān)測(cè)和控制各種振動(dòng)源，優(yōu)化裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用振動(dòng)的隔離和阻尼措施，提高電源穩(wěn)定度和降低紋波，并應(yīng)用軌道反饋手段等，使光源穩(wěn)定性達(dá)到世界一流水平。
建設(shè)時(shí)間表
建筑安裝工程： 2004年12月-2006年9月
設(shè)備加工與制造： 2005年3月-2007年11月
設(shè)備安裝與系統(tǒng)調(diào)試：2005年7月-2008年3月 調(diào)束與試運(yùn)行： 2008年4月-2009年4月
應(yīng)用前景
"上海光源"用途:透視
同步輻射為許多前沿學(xué)科領(lǐng)域的研究提供了一種最先進(jìn)又不可替代的工具。利用同步輻射實(shí)驗(yàn)技術(shù)開展實(shí)驗(yàn)研究所涉及的學(xué)科之眾多，應(yīng)用的領(lǐng)域之廣泛，是其它大科學(xué)裝置無法比擬的。
生命科學(xué)和醫(yī)藥學(xué)與人類健康生活息息相關(guān)，也是同步輻射光得到廣泛應(yīng)用的重要領(lǐng)域。同步輻射X射線衍射方法是當(dāng)前測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)的最有力手段，是研究生命現(xiàn)象與生物過程的利器。英國(guó)科學(xué)家J. Walker和美國(guó)科學(xué)家 R. Mackinnon 籍助同步輻射研究生物分子的結(jié)構(gòu)與功能，取得了突破性的成就，先后榮獲1997年度和2003年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。研究病毒以及病毒與人體內(nèi)發(fā)生作用的生物分子的結(jié)構(gòu)，對(duì)于弄清病毒的致病機(jī)理與過程至關(guān)重要，利用這些結(jié)構(gòu)信息有針對(duì)性地進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)、合成與篩選，可以大大加快新藥物研制的進(jìn)程。利用這種方法，國(guó)外已成功研制出用于治療艾滋病的藥物，對(duì)于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年中國(guó)出現(xiàn)SARS疫情后不及，中國(guó)科學(xué)家就利用同步輻射光成功測(cè)定了SARS病毒主蛋白酶的結(jié)構(gòu)，為研制抵御SARS病毒的藥物提供了重要信息。在醫(yī)學(xué)診斷方面，同步輻射光也展示出了非常重要的應(yīng)用前景。心血管疾患常導(dǎo)致突發(fā)性死亡，是威脅人類生命的主要疾病之一。采用同步輻射光源X射線的造影技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)安全、高清晰的心血管成像，為心血管疾病的早期診斷提供安全、快速的診斷方法。在腫瘤診斷方面，利用同步輻射光的高分辨特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)很小的腫瘤，實(shí)現(xiàn)腫瘤的早期診斷以提高腫瘤的治愈率。
材料科學(xué)是支撐高技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的基礎(chǔ)，未來的技術(shù)革命將在很大程度上取決于新型材料的發(fā)明，例如半導(dǎo)體、高分子聚合物、合金、陶瓷、超導(dǎo)材料、復(fù)合材料、金屬玻璃以及納米材料等，這些具有異乎尋常性能的新型材料將在計(jì)算機(jī)、信息、通訊、航空航天、機(jī)器人、醫(yī)藥、微機(jī)電和能源等新興產(chǎn)業(yè)中獲得越來越廣泛的應(yīng)用。利用上海光源所產(chǎn)生的高亮度同步輻射光束，可以揭示材料中原子的精確構(gòu)造和得到有價(jià)值的電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)等信息，它們既是理解材料性能的"鑰匙"，也隱含著發(fā)明新穎材料的原理來源。
人類賴以生存的自然環(huán)境是脆弱的，資源也是有限的。環(huán)境污染、生態(tài)失衡、資源短缺、地球變暖和自然災(zāi)害等，都對(duì)人類的生存構(gòu)成了直接威脅，地球和環(huán)境科學(xué)面臨的許多挑戰(zhàn)正成為世界性的課題。分子環(huán)境科學(xué)以同步輻射X射線譜學(xué)技術(shù)作為主要分析手段，能在分子水平上描述環(huán)境污染物的形態(tài)，研究污染物的遷移和轉(zhuǎn)化的復(fù)雜化學(xué)過程，從而評(píng)估污染風(fēng)險(xiǎn)和確定污染治理方案。而基于分子環(huán)境科學(xué)所建立起來的受環(huán)境污染植物的修復(fù)技術(shù)，以其自然、生態(tài)、綠色的特點(diǎn)而越來越受到重視與歡迎，可望產(chǎn)生重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。在地球科學(xué)研究方面，利用高亮度同步輻射X射線作為微探針，將能夠深入地了解地殼深處和地幔中礦物的演變和轉(zhuǎn)化，對(duì)于礦床地質(zhì)、礦物、巖石、探礦以及地球化學(xué)研究起著重要的作用。
微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）是一種高智能度、高集成度的系統(tǒng)?？茖W(xué)家預(yù)言，20年后MEMS產(chǎn)出的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益將相當(dāng)于今天微電子技術(shù)所產(chǎn)生的。在微細(xì)加工技術(shù)中，利用同步輻射X光深度光刻技術(shù)，已經(jīng)研制出微型傳感器、微型光電部件、微型馬達(dá)、微型齒輪、微電子開關(guān)和微型噴嘴等，同步輻射光將在MEMS制造技術(shù)開發(fā)方面將發(fā)揮重要作用。隨著集成電路的集成度越來越高，科學(xué)界預(yù)計(jì)，對(duì)線度在幾十納米及以下的集成電路，同步輻射光刻技術(shù)將有可能成為主要的光刻手段。
在石化及化學(xué)工業(yè)中，催化劑起著核心作用，對(duì)產(chǎn)出有重要影響。利用同步輻射光可以研究催化機(jī)理和催化劑的特性，這有助于研究發(fā)明新型催化劑，其結(jié)果直接影響到石油化工的效率和產(chǎn)出。在高分子材料改性和開發(fā)研究方面，同步輻射光所起的作用受到越來越多的關(guān)注。移動(dòng)通訊和便攜式電腦市場(chǎng)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致對(duì)質(zhì)輕、價(jià)低、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的可充電電池的需求激增，各國(guó)的制造商正在為掌握新的電化學(xué)反應(yīng)以開發(fā)高性能的電池而陳兵鏖戰(zhàn)，而同步輻射光正是他們手中的新式武器。 在許多其它產(chǎn)業(yè)研發(fā)與檢測(cè)方面，如超大規(guī)模集成電路中硅晶片中的痕量雜質(zhì)探測(cè)分析、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和航天器的疲勞測(cè)試、紙漿無氯漂白工藝改進(jìn)、化妝品效果分析乃至新口味凝膠食品的開發(fā)等，同步輻射光都將大顯其非凡身手。
注釋：
John Walker：因闡明了ATP合成的酶作用機(jī)制而獲得1997年化學(xué)獎(jiǎng)；
Roderick Mackinnon：因闡明了離子通道的結(jié)構(gòu)與機(jī)制而獲得2003年化學(xué)獎(jiǎng)；
科學(xué)意義與社會(huì)效益
上海光源打造網(wǎng)絡(luò)化視頻監(jiān)控
上海光源能量居世界第四，是世界上同能區(qū)正在建造或設(shè)計(jì)中性能指標(biāo)最先進(jìn)的第三代同步輻射光源之一，性能被優(yōu)化在用途最廣泛的X射線能區(qū)，科學(xué)壽命大于30年，并可開展自由電子激光等下一代光源的研究。它將對(duì)中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和綜合國(guó)力的提高產(chǎn)生重大影響，主要可簡(jiǎn)述為以下四個(gè)方面：
1、上海光源將為中國(guó)的多學(xué)科前沿研究和高新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用提供先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將為提升中國(guó)的綜合科技實(shí)力做出不可替代的重要貢獻(xiàn)。
上海光源具有幾十條可向用戶開放的光束線和上百個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)站，它們將為中國(guó)的生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息科學(xué)、凝聚態(tài)物理、原子分子物理、團(tuán)簇物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)等多學(xué)科的前沿基礎(chǔ)研究，以及微電子、醫(yī)藥、石油、化工、生物工程、醫(yī)療診斷和微加工等高技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，提供不可替代的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。僅以生命科學(xué)為例，生命科學(xué)已進(jìn)入了后基因組時(shí)代，蛋白質(zhì)科學(xué)已成為各發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相搶占的制高點(diǎn)，因此蛋白質(zhì)科學(xué)技術(shù)已成為中國(guó)國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃的關(guān)注點(diǎn)。而以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究為主要目標(biāo)的結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究，其中80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進(jìn)行，所以上海光源將成為中國(guó)生命科學(xué)前沿研究不可或缺的大科學(xué)設(shè)施。
上海光源將對(duì)有巨大產(chǎn)業(yè)前景的微電子、微機(jī)械等高新技術(shù)的開發(fā)，起到極大的推動(dòng)作用。由于在長(zhǎng)三角地區(qū)存在擁有此類高技術(shù)的許多高端用戶，故而草擬中的上海市中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃里，已將應(yīng)用上海光源放在非常重要的地位，潛在用戶中囊括了微電子與光電子工藝平臺(tái)、先進(jìn)復(fù)合材料、紅外光電材料和器件、再生能源等多個(gè)領(lǐng)域中的上千名高科技開發(fā)商。 上海光源作為先進(jìn)的中能第三代同步輻射光源，本身具有很高的現(xiàn)代高科技的融合度和集成度，因此它將成為中國(guó)顯示綜合科技實(shí)力的標(biāo)志性重大科學(xué)裝置，并為提升國(guó)家知識(shí)創(chuàng)新能力和綜合科技實(shí)力做出不可替代的重要貢獻(xiàn)。
2、上海光源將為不同學(xué)科間的相互滲透和交叉融合創(chuàng)造優(yōu)良條件，為組建綜合性國(guó)家大型科研基地奠定基礎(chǔ)。
上海光源首批建設(shè)的光束線和實(shí)驗(yàn)站居國(guó)際先進(jìn)水平，可同時(shí)容納幾百名來自不同學(xué)科和高技術(shù)領(lǐng)域的科學(xué)家、工程師開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。幾十條光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站全部建成后，同時(shí)容納的研究人員可達(dá)上千名。如此之多的研究人員同時(shí)使用上海光源，就創(chuàng)造了特有的科研氛圍，為不同學(xué)科間的學(xué)術(shù)交流提供了天然的優(yōu)良條件，使上海光源自然而然成為綜合性的大型前沿研究中心，為萌發(fā)新思想、創(chuàng)造新方法和開辟新學(xué)科提供極為有利的環(huán)境條件。
中國(guó)科學(xué)院正計(jì)劃籌建以上海光源等大型設(shè)施為依托的上海應(yīng)用物理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。該國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在發(fā)展光源物理與技術(shù)的同時(shí)，還將大力開展相關(guān)學(xué)科的交叉融合性研究，如空間技術(shù)向小型化和微型化發(fā)展中所需要的新型信息功能材料與器件研究與研制、健康領(lǐng)域中疾病的新型診斷技術(shù)和新藥的設(shè)計(jì)與遴選技術(shù)研究、結(jié)構(gòu)與功能材料研究、強(qiáng)光技術(shù)研究、有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域前沿問題研究等。這個(gè)計(jì)劃組建的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將成為在國(guó)際上占有一席之地的綜合性高科技研發(fā)中心。
3、上海光源將直接帶動(dòng)中國(guó)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展
上海光源直線加速器實(shí)現(xiàn)電子束出束
上海光源的建設(shè)將直接帶動(dòng)中國(guó)現(xiàn)代高性能加速器、先進(jìn)電工技術(shù)、超高真空技術(shù)、高精密機(jī)械加工、X射線光學(xué)、快電子學(xué)、超大系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)以及高穩(wěn)定建筑等先進(jìn)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展。大科學(xué)工程的實(shí)踐證明，這種帶動(dòng)作用的間接效應(yīng)所帶來的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益是非常大的。
上海光源對(duì)于中國(guó)在現(xiàn)有的工業(yè)基礎(chǔ)上及早趕上國(guó)際先進(jìn)水平，取得具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)開發(fā)成果，將起到重要作用。例如，中國(guó)在某些催化劑和高分子材料的研究方面有著相當(dāng)好的基礎(chǔ)和科技積累，但加入WTO之后，面臨激烈的競(jìng)爭(zhēng)，催化劑的研發(fā)就是競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)焦點(diǎn)。上海光源將是新型催化劑研發(fā)中不可或缺的工具。放眼世界，各大石油公司均已在同步輻射光源上建有專用的光束線站，假如沒有高性能的第三代同步輻射光源先進(jìn)技術(shù)的支持，中國(guó)企業(yè)將面臨十分被動(dòng)的局面，因?yàn)橐环N催化劑的成敗，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)口貨和國(guó)產(chǎn)品每年的銷售差價(jià)超過10億元人民幣之多。此外，基于第三代同步輻射光源的微細(xì)加工技術(shù)已成為發(fā)展微電子機(jī)械系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)，微細(xì)加工將在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)形成具有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。隨著業(yè)界對(duì)集成電路的集成度要求越來越高，科學(xué)界估計(jì)，對(duì)線度在幾十納米及以下的集成電路，第三代同步輻射光刻技術(shù)有可能將成為主要的光刻手段。在醫(yī)療診斷和新藥研究方面，上海光源也將顯示出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，例如雙光子高清晰度心血管造影技術(shù)等。
4、上海光源將產(chǎn)生的社會(huì)效益
大科學(xué)工程對(duì)社會(huì)的影響是多方面、多層次的。上海光源的建成是民族自強(qiáng)的體現(xiàn)，它顯示了中國(guó)在高新技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地的決心和意志。可預(yù)見到，上海光源將成為愛國(guó)主義教育和科學(xué)普及的基地，國(guó)內(nèi)已建成的大科學(xué)工程均已開展這項(xiàng)工作，獲得很好的效果。上海光源由中央政府和地方政府共同出資，在中國(guó)更是開歷史之先河。中國(guó)正處在一個(gè)變革時(shí)期，構(gòu)建新體制是當(dāng)前的重要任務(wù)，上海光源的建設(shè)將為此增添一份寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
驗(yàn)收
上海光源外景
2010年1月19日下午，中國(guó)迄今最大的國(guó)家重大科學(xué)工程——上海同步輻射光源（簡(jiǎn)稱“上海光源”，英文縮寫SSRF）在上海順利通過國(guó)家驗(yàn)收，即將正式對(duì)中外各學(xué)科領(lǐng)域的科研用戶開放。[1]
建設(shè)大事記
2004年12月25日，舉行上海光源工程開工典禮，正式破土動(dòng)工。
2006年10月26-27日，上海光源工程5條光束線站和電子直線加速器的調(diào)整方案通過評(píng)審論證。 2007年4月16日，增強(qiáng)器正式開始隧道安裝。
2007年5月15日，直線加速器啟動(dòng)調(diào)束，當(dāng)日實(shí)現(xiàn)電子束出束。
2007年6月11日，儲(chǔ)存環(huán)設(shè)備總體安裝正式啟動(dòng)。
2007年6月28日，直線加速器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
2007年11月30日，首批全部7條光束線站前端區(qū)設(shè)備安裝完成。
2007年12月24日 在開工三周年之際，上海光源出光。
2008年5月12日，第一條光束線站——小角散射線站首輪調(diào)試成功，將聚焦的同步輻射單色光引到實(shí)驗(yàn)站樣品處。
2008年12月27日，第一條波蕩器光束線站——軟X射線譜學(xué)顯微線站首輪調(diào)試成功。
2009年1月28日，第一臺(tái)真空波蕩器自主研制成功，在儲(chǔ)存環(huán)上安裝就位。 2009年2月6日，硬X射線微聚焦及應(yīng)用線站首輪調(diào)試成功。
2009年3月7日，首批建設(shè)的最后一條光束線站——生物大分子晶體學(xué)線站首輪調(diào)試成功。
2009年4月中下旬，直線加速器、增強(qiáng)器和儲(chǔ)存環(huán)、首批7條光束線站通過工程科技委組織的專家測(cè)試。
2009年4月26-27日，上海光源工程建設(shè)國(guó)際評(píng)估會(huì)舉行。
2009年4月29日，上海光源國(guó)家重大科學(xué)工程舉行竣工典禮，上海光源工程按期建成，總工期52個(gè)月。同時(shí)，上海光源國(guó)家科學(xué)中心(籌)正式揭牌。
2009年5月6日，上海光源正式對(duì)國(guó)內(nèi)用戶開放試運(yùn)行。
2009年7月16日，上海光源完成對(duì)用戶的首輪開放，期間安排用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)間39天。
2009年10月22-27日，上海光源工程通過驗(yàn)收工藝測(cè)試。
2009年12月8日，上海光源工程通過工藝鑒定驗(yàn)收。
2010年1月18日，上海光源工程通過中科院和上海市組織的預(yù)驗(yàn)收。
2010年1月19日，上海光源工程通過國(guó)家驗(yàn)收。
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