上海光源

普通的X光就能清晰拍摄出人体的组织和器官，而上海光源释放的光，亮度是普通X光的一千亿倍。通俗说 来，上海光源相当于一个超级显微镜集群，能够帮助科研人员看清病毒的结构、材料的微观构造和特性。在实验站，同步辐射光被"照射"到各种各样的实验样品上，同时科学仪器记录下实验样品的各种反应信息或变化，经处理后变成一系列反映自然奥秘的曲线或图像。

SSRF已经成为生命科学、材料科学、环境科学、地球科学、物理学、化学、信息科学等众多学科研究中不可替代的先进手段和综合研究平台，也是微电子、制药、新材料、生物工程、精细石油化工等先进产业技术研发的重要手段。还将直接带动中国电子工业、精密机械加工业、超大系统自动控制技术、高稳定建筑技术，以及其它相关工业的快速发展。

科学家利用上海光源装置，可破解生物大分子三维结构，快速测定蛋白质三维晶体结构，为正在到来的"后基因组时代"生命科学研究创造优良条件，使中国生命科学迅速进入结构分子生物学的世界前列，并从"源头"上促进中国医学、制药和生物技术产业的创新发展。

利用上海光源的X光显微成像和断层扫描成像技术，可直接获取亚细胞结构图像，给中国科学家提供全新的生命动态视野，这可能成为21世纪初中国生命科学的光辉里程碑

用上海光源中的高亮度X射线光束，可揭示材料中原子的精确构造，以便设计出更多丰富人们生活的新颖材料。

用上海光源中的双色减影心血管造影技术，可为心血管疾患作快速清晰的早期诊断。

利用上海光源中的X射线深度刻蚀光刻技术， 可制造肉眼难以看清的微型马达、微型齿轮、微型传感器、微型泵阀，以及微型医用器件等。工程师们还可以利用强大光速，完成对超大规模集成电路的"精雕细刻"。

截至2015年12月，上海光源首批7条线站共开机提供182123小时用户实验机时，支持课题近7000个。来自365家高校、科研院所、医院和公司的1938个研究组的12674名用户在这里开展实验，并取得了丰硕的成果。

同步辐射为许多前沿学科领域的研究提供了一种最先进又不可替代的工具。利用同步辐射实验技术开展实验研究所涉及的学科之众多，应用的领域之广泛，是其它大科学装置无法比拟的。

生命科学和医药学与人类健康生活息息相关，也是同步辐射光得到广泛应用的重要领域。同步辐射X射线衍射方法是当前测定生物大分子结构的最有力手段，是研究生命现象与生物过程的利器。英国科学家J. Walker和美国科学家R. Mackinnon籍助同步辐射研究生物分子的结构与功能，取得了突破性的成就，先后荣获1997年度和2003年度诺贝尔化学奖。研究病毒以及病毒与人体内发生作用的生物分子的结构，对于弄清病毒的致病机理与过程至关重要，利用这些结构信息有针对性地进行药物设计、合成与筛选，可以大大加快新药物研制的进程。利用这种方法，国外已成功研制出用于治疗艾滋病的药物，对于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年中国出现SARS疫情后不久，中国科学家就利用同步辐射光成功测定了SARS病毒主蛋白酶的结构，为研制抵御SARS病毒的药物提供了重要信息。在医学诊断方面，同步辐射光也展示出了非常重要的应用前景。心血管疾患常导致突发性死亡，是威胁人类生命的主要疾病之一。采用同步辐射光源X射线的造影技术可以实现安全、高清晰的心血管成像，为心血管疾病的早期诊断提供安全、快速的诊断方法。在肿瘤诊断方面，利用同步辐射光的高分辨特点，可以发现很小的肿瘤，实现肿瘤的早期诊断以提高肿瘤的治愈率。

材料科学是支撑高技术经济发展必不可少的基础，未来的技术革命将在很大程度上取决于新型材料的发明，例如半导体、高分子聚合物、合金、陶瓷、超导材料、复合材料、金属玻璃以及纳米材料等，这些具有异乎寻常性能的新型材料将在计算机、信息、通讯、航空航天、机器人、医药、微机电和能源等新兴产业中获得越来越广泛的应用。利用上海光源所产生的高亮度同步辐射光束，可以揭示材料中原子的精确构造和得到有价值的电磁结构参数等信息，它们既是理解材料性能的"钥匙"，也隐含着发明新颖材料的原理来源。

人类赖以生存的自然环境是脆弱的，资源也是有限的。环境污染、生态失衡、资源短缺、地球变暖和自然灾害等，都对人类的生存构成了直接威胁，地球和环境科学面临的许多挑战正成为世界性的课题。分子环境科学以同步辐射X射线谱学技术作为主要分析手段，能在分子水平上描述环境污染物的形态，研究污染物的迁移和转化的复杂化学过程，从而评估污染风险和确定污染治理方案。而基于分子环境科学所建立起来的受环境污染植物的修复技术，以其自然、生态、绿色的特点而越来越受到重视与欢迎，可望产生重大的社会效益和经济效益。在地球科学研究方面，利用高亮度同步辐射X射线作为微探针，将能够深入地了解地壳深处和地幔中矿物的演变和转化，对于矿床地质、矿物、岩石、探矿以及地球化学研究起着重要的作用。

微电子机械系统(MEMS)是一种高智能度、高集成度的系统。科学家预言，20年后MEMS产出的社会和经济效益将相当于今天微电子技术所产生的。在微细加工技术中，利用同步辐射X光深度光刻技术，已经研制出微型传感器、微型光电部件、微型马达、微型齿轮、微电子开关和微型喷嘴等，同步辐射光将在MEMS制造技术开发方面将发挥重要作用。随着集成电路的集成度越来越高，科学界预计，对线度在几十纳米及以下的集成电路，同步辐射光刻技术将有可能成为主要的光刻手段。

在石化及化学工业中，催化剂起着核心作用，对产出有重要影响。利用同步辐射光可以研究催化机理和催化剂的特性，这有助于研究发明新型催化剂，其结果直接影响到石油化工的效率和产出。在高分子材料改性和开发研究方面，同步辐射光所起的作用受到越来越多的关注。移动通讯和便携式电脑市场的迅猛发展导致对质轻、价低、续航时间长的可充电电池的需求激增，各国的制造商正在为掌握新的电化学反应以开发高性能的电池而陈兵鏖战，而同步辐射光正是他们手中的新式武器。

在许多其它产业研发与检测方面，如超大规模集成电路中硅晶片中的痕量杂质探测分析、飞机发动机和航天器的疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等，同步辐射光都将大显其非凡身手。

上海光源是极其复杂的大科学工程，包含有众多系统，它们分别涉及超导高频及低温技术、超高真空技术、高精度数字化电源技术、高性能磁铁及机械准直技术、高性能束流诊断技术、先进控制技术，以及先进光束线技术等多项先进技术，部件研制及系统集成难度极高;特别是须在保证各系统性能的前提下达到很低的故障率，以实现提供十几到几十小时的稳定束流、年运行5000小时以上供光时间的预定目。

上海光源设计为先进的第三代中能同步辐射光源，由一台全能量注入器包括:一台150MeV电子直线加速器、一台周长为180米的能在0.5秒内把电子束从100MeV加速到3.5GeV的全能量增强器和注入/引出系统、一台周长432米的3.5GeV的高性能电子储存环、以及首批建成的7+1沿环外侧分布的同步辐射光束线站和实验站组成。

上海光源储存环平均流强300mA，最小发射度4纳米弧度，束流寿命大于10小时。配以先进的插入件后，可在用户需求最集中的光子能区(0.1-40keV)产生高通量、高耀度的同步辐射光，光子亮度大于1019。储存环共有40块弯转二极磁铁、16个6.5米的标准直线节和4个12米的超长直线节，具有安装26条插入件光束线、36条弯铁光束线和若干条红外光束线等共60多条光束线的能力，它可同时为近百个实验站供光。首批建造的5条基于插入件的光束线站，分别是生物大分子晶体学线站、XAFS线站、硬X射线微聚焦及应用线站、X射线成像与生物医学应用线站、软X射线扫描显微线站;2条基于弯转磁铁的光束线站分别是高分辨衍射线站和X射线散射线站。此外，还将建造一个基于软X射线光束线的X射线干涉光刻分支线站。

每年供光机时将超过5000小时，每天可容纳几百名科研人员，在各自的实验站上，使用同步辐射光进行多学科前沿研究和高新技术开发应用。

在这个硕大的圆形装置中，全能量注入器提供电子束并使其加速到所需能量，无数电 子束以接近光的速度在闭合环形的真空电子储存环中运行，并在拐弯时放出同步辐射光。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心，它的性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。为了保证向用户提供在空间位置上高度稳定的同步辐射光，电子束轨道的稳定需要被控制在微米量级。

光束线沿着电子储存环的外侧分布，它起着用户实验站与电子储存环之间的桥梁作用。也就是说这道"光闸"将从电子储存环引出的同步辐射光束"条分缕析"出从远红外到硬X射线等不同波长的同步射光，并按用户要求进行准直、聚焦等再加工，然后输送到用户实验站。

上海光源工程采取了多项措施防护高强度、高亮度的X射线辐射。围绕着周长432米的储存环外围，工程建造了1米多厚钢筋水泥的屏蔽围墙，局部地区进行了屏蔽加厚;在屏蔽墙之外、X射线被引出所到达的用铅做成的光学棚屋和实验棚屋，因为X射线无法穿透铅。

为确保光源开机后实验环内无人，除了采用视频监控、广播通知、响铃、闪灯等提示外，上海光源的运行部门还会派专人进行安全搜索;上海光源实验装置内安装了上百个紧急按钮，开机后按任何一个按钮，机器就会立即切断电源，停止产生X射线，保证人身安全，这一安全控制系统采用的是国际安全标准。每次停机检修的时候，上海光源也规定要先通风40分钟后，通过辐射剂量仪的安全检测后，才能进去检修。

在上海光源工程所在的上海应用物理所园区内，总共还安装了52对中子与伽玛线探测器，建立了一个对光源工程周围环境的专用辐射监测网。

目前，上海光源的实验大厅辐射水平保持在上海的本底状态。进入大厅进行光源实验的科研人员，将全部佩戴一个如口哨般大小的"个人辐射剂量计"，工作人员定期检查这个仪器所记录的辐射剂量，对每位实验者的辐射剂量建立个人档案，并专门建立一个数据库。

此外，上海应用物理所还制定了一套完善的辐射安全管理制度，并编制了专门的教材，对每位光源用户进行上岗前的安全培训。每条线站的负责人对用户实验样品的安全性，也都要事先进行严格检查。

硬X射线微聚焦及应用光束线站(BL15U1)是上海光源工程首批光束线站中，第一条进行调试的真空波荡器光束线站。2009年2月6日下午，科研人员完成了调束前准备工作，晚18:00开始 正式调束，随即在光束线荧光靶和丝扫描探测器上分别观测到波荡器辐射光斑和光电流，21:30分在实验站铍窗出口处的电离室上探测到波荡器辐射的5.4 keV单色光(3次谐波)，并扫描获得该能量下单色器摇摆曲线，实现了首轮调束目标。随后，科研人员连续奋战，测量了波荡器光源3-11次谐波辐射光谱，完成Cu的近边吸收谱的测量和单色器能量标定，测量了微量元素标准样品SRM610(500ppm)和SRM614(1ppm)的荧光谱。

BL15U1线站使用的真空波荡器由中国科学院上海应用物理研究所自行设计和研制，是国内第一台真空波荡器。真空波荡器是决定中能第三代同步辐射光源能否产生可与高能光源相比的硬X射线的重大关键设备，其结构复杂、工艺难度高，是集高精度磁体技术、超高真空技术、精密机械传动和控制技术等多项高技术于一体的光源设备。BL15U1线站使用的这台波荡器共80个磁周期，周期长度25mm，采用混合型磁体结构，最小工作磁间隙7mm，最大峰值磁场强度0.95T;波荡器为真空型结构，全部磁体和支撑梁处于超高真空环境中;机械传动采用磁列锥度可调、双电机驱动方案，通过控制系统操作实现上下磁列平行模式和锥度模式运行。上海光源首批线 站使用的两台真空波荡器原计划整机从美国公司进口，由于该公司制造工期严重延误，为确保进度，上海光源工程经理部于2008年3月决定紧急启动自主研制两台真空波荡器的工作。工程经理部从各相关系统抽调技术骨干组成项目组，集中力量研制，经过设备调研、方案设计、工程设计与评审、非标设备制造和标准设备采购、设备总装和调试，仅用11个月的时间就完成了国内首台真空波荡器的研制，为最后工程节点的可控提供了保证。2009年1月28日，这台真空波荡器完成磁场、真空、机械与控制等性能测试，顺利安装到储存环上;2月3日完成现场准直、真空安装调试、电气安装和联合调试，2月4日调试出光。根据实测的辐射光谱进行优化后，光束线末端的探测器上已观察到波荡器高强度的11次高次谐波辐射，从实测强度归算出的波荡器相位误差约在4度的水平，达到预期目标。

SSRF 产生的同步辐射光覆盖从远红外到硬X射线的宽广波段。利用低发射度的中能强流电子束和国际上插入件技术发展的新成就，在用途最广泛的X射线能区(光子能量为0.1~40 keV)产生高耀度和高通量的同步辐射光，使其基本性能在许多重要方面位于目前世界上正在设计和建造中的光源的前列。

时间表

建筑安装工程: 2004年12月-2006年9月

设备加工与制造: 2005年3月-2007年11月

设备安装与系统调试:2005年7月-2008年3月

调束与试运行: 2008年4月-2009年4月

借助上海光源的光，中科院大连化学物理研究所包信和院士团队探索出天然气直接转化利用的有效方法，被德国巴斯夫集团副总裁穆勒评价为一项"即将改变世界"的新技术，入选2014年"中国十大科技进展新闻"与2014年"中国科学十大进展";清华大学医学院颜宁教授研究组，成为世界上第一个解析出人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构的科学家，该成果被美国科学院院士、膜转运蛋白研究专家罗纳德赞誉为"50年以来的一项重大成就";中科院物理研究所丁洪研究员成功发现了隐藏了80余年的"幽灵粒子"--外尔费米子，荣登欧洲2015年《物理世界》"十大突破"……截止2015年12月，上海光源首批7条线站共开机提供182123小时用户实验机时，支持课题近7000个。来自365家高校、科研院所、医院和公司的1938个研究组的12674名用户在这里进行了实验，已发表论文近2500篇，其中SCI 1区的文章400余篇，包括《科学》、《自然》、《细胞》等国际顶级刊物论文50余篇，取得了丰硕的成果。

性能价格比高:储存环的能量3.5GeV，在中能区光源中能量最高，性能优化在用途最广的X射线能区。利用近年来插入件技术的新进展，不仅可在光子能量为1-5keV产生最高耀度的同步辐射光，而且在5-20keV光谱区间可产生性能趋近6-8GeV高能量光源所产生的高耀度硬X光;

全波段:波长范围宽，从远红外直到硬X射线，且连续可调。利用不同波长的单色光，可揭示用其他光源无法得知的科学秘密;

高强度:总功率为600千瓦，是X光机的上万倍。光通量大于1015光子/(S.10-3bw)。高强度和高通量为缩短实验数据获取时间、进行条件难以控制的实验以及医学、工业应用提供了可能;

高耀度:其耀度是最强的X光机的上亿倍，主要光谱覆盖区的光耀度为1017~1020光子/(S.mm2.mrad2.10-3bw)。高亮度为取得突破性科技成果提供了高空间分辨、高动量分辨和超快时间分辨的条件;

时间结构:其脉冲宽度仅为几十皮秒，可以单束团或多束团模式运行，相邻脉冲间隔可调为几纳秒至微秒量级，能为研究化学反应动力过程、生命过程、材料结构变化过程和大气环境污染过程等提供正确可信的数据;

高偏振:上海光源中在电子轨道平面上放出的同步光是完全线极化的, 而离开电子轨道平面方向发射的同步光则是椭圆极化的，因而是研究具有旋光性的生物分子、药物分子和表现为双色性的磁性材料的有力工具;

准相干:上海光源从插入件引出的高耀度光具有部分相干性, 为众多前沿学科的显微全息成像分析开辟了道路;

高稳定性:可以提供十几到几十小时的稳定束流，光束位置稳定度仅约光斑的10%;

高效性:总共将建设近60条以上光束线和上百个实验站，给用户的供光机时将超过5000小时/年，每天可容纳几百名来自海内外不同学科领域或公司企业的科学家/工程师，夜以继日地在各自的实验站上使用同步辐射光;

灵活性:光源可运行于单束团、多束团、高通量、高亮度和窄脉冲等多种模式，可依据用户需求快速变换运行模式，以满足用户的多种需求;

前瞻性:首批光束线站的科学目标先进，能够满足中国多个学科领域对同步辐射应用的迫切需要，并至少具有30年科学寿命。

国家的重大需求，跟国家安全密切相关的重大需求，如航天材料。

类似"上海光源"，科学人员可以揭示活体肿瘤和脑血管病的发生和发展机制，为发展重大疾病的早期诊断与治疗提供关键理论基础和技术支撑。 非洲爆发的埃博拉病毒，就是通过我国的同步辐射光源观测出来的

利用X光测量物质的原子结。

·生物:对火焰的组分进行观察，做出定量判断，让生物质能源利用得更加充分。

环境:使用波段的光模拟PM2.5的产生过程，可为研究空气污染物提供最直接的方法。

"上海同步辐射光源"2004年12月25日破土开工，由中国科学院与上海市人民政府共同向国家申请建造，由中国科学院上海应用物理研究所承建，总投资约12亿元，我国迄今最大的大科学装置"上海同步辐射光源"。在我国，第一代同步辐射光源是"北京光源"，第二代光源是合肥国家同步辐射实验室，第三代光源就是"上海光源"。

"上海光源"发出的超强X光将对微观世界的认知带来一场"成像革命"--它将利用比普通X光机亮上亿倍、强百万倍的同步辐射光对物质进行微观"成像"。接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，也就是同步辐射光源。从上世纪70年代起，全球建成和在建的同步辐射光源装置已有60余座。在国际上已经建成的20台第三代同步辐射光源中，"上海光源"的能量居世界第四，仅次于日本、美国、欧洲的有关设施。它还将与我国台湾地区以及日本、韩国、印度的第三代同步辐射光源一起，形成堪与美欧媲美的亚洲光源群。与第二代合肥同步辐射光源相比，第三代"上海光源"其电子束发射度约4纳米弧度，二者相差近40倍，其得到的光亮度相差约1600倍(约三个量级)。"上海光源"拥有的高强度、高亮度、高稳定性等特性，可用以从事生命科学、材料科学、环境科学、医学、药学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、石油、医疗诊断等高技术的开发应用的实验研究。以生命科学为例，生命科学已进入了后基因组时代，蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点。而以蛋白质结构和功能研究为主要目标的结构基因组学研究80%以上的工作需要在第三代同步辐射光源上进行。开放共享是大科学装置的显著特点。"上海光源"具有建设60多条光束线的能力，届时可以同时向上百个实验站提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光，给用户的供光机时将超过5000小时/年。目前，首批7条光束线与实验站全部完成安装和调试，所有60多条光束线计划在未来15年内完成安装调试。"上海光源"已收到全国78所大学的301份使用申请，共计2868个机时段23000个小时。如此大规模的申请，恐怕将'上海光源'明年的机时量排进去都不够。