中國(guó)迄今最大科學(xué)工程“上海光源”宣布建成

4月29日，中國(guó)最具規(guī)模、世界矚目的重大科學(xué)工程——中國(guó)科學(xué)院上海同步輻射光源竣工典禮在其實(shí)驗(yàn)大廳舉行。中共中央政治局委員、國(guó)務(wù)委員劉延?xùn)|，中共中央政治局委員、上海市委書記俞正聲，全國(guó)人大常委會(huì)副委員長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)路甬祥，中國(guó)工程院院長(zhǎng)徐匡迪共同啟動(dòng)竣工裝置，并為上海光源國(guó)家科學(xué)中心(籌)揭幕。上海市市長(zhǎng)韓正，中科院常務(wù)副院長(zhǎng)白春禮，中科院副院長(zhǎng)、工程總指揮江綿恒，陳森玉院士，科技部副部長(zhǎng)曹健林分別致辭。

　　新華網(wǎng)上海4月29日電 題:中國(guó)迄今最大科學(xué)工程“上海光源”宣布建成
　　新華社記者 張建松 劉丹 楊金志
　　經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)16年的孕育、52個(gè)月的緊張施工，中國(guó)迄今最大的大科學(xué)裝置和大科學(xué)平臺(tái)“上海光源”29日宣布建成，并同時(shí)宣布對(duì)國(guó)內(nèi)外用戶開放共享。
　　這標(biāo)志著中國(guó)大科學(xué)裝置建設(shè)跨上一個(gè)新臺(tái)階，不僅為中國(guó)科學(xué)界和工業(yè)界提供了一個(gè)與世界同步的大科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，帶動(dòng)中國(guó)科技創(chuàng)新和相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也表明中國(guó)在建設(shè)國(guó)際先進(jìn)水平的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置方面，具備了高水平的技術(shù)集成和創(chuàng)新能力。
　　總投資約12億元人民幣的“上海光源”工程坐落于上海浦東張江高科技園區(qū)，占地面積約20萬平方米。從空中俯瞰，整座建筑如一座巨大的銀灰色“鸚鵡螺”——其設(shè)計(jì)理念是體現(xiàn)光的閃亮與柔美，吸引公眾對(duì)科學(xué)的關(guān)注和興趣。
　　工程的主體建筑是三大加速器——一臺(tái)150MeV(1.5億電子伏特)的電子直線加速器、一臺(tái)能在0.5秒內(nèi)把電子束能量從150MeV提升到3.5GeV(35億電子伏特)的全能量增強(qiáng)器，以及一臺(tái)周長(zhǎng)432米的3.5GeV高性能電子儲(chǔ)存環(huán)。
　　作為目前世界上性能最好的第三代同步輻射光源之一，“上海光源”的建成還將與中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和日本、韓國(guó)、印度的第三代同步輻射光源一起，形成堪與美歐媲美的“光源群”，成為面向世界的同步輻射實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)，“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。目前首批建成了七條光束線站，分別是:生物大分子晶體學(xué)線站、XAFS光束線站、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)用光束線站、軟X射線譜學(xué)顯微光束線站、X射線衍射光束線站和X射線小角散射光束線站。
　　所謂“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)生的一種電磁輻射。同步輻射光源被科學(xué)家稱之為繼電光源、X光源和激光光源之后，第四次為人類文明帶來革命性推動(dòng)的新光源。其高準(zhǔn)直性、高極化性、高相干性、寬頻譜范圍、高廣譜亮度、高光子通亮等優(yōu)良特性，為人們開展科學(xué)研究和應(yīng)用研究帶來了廣闊前景。

　　這是3月16日拍攝的“上海光源”高性能電子儲(chǔ)存環(huán)旁的部分實(shí)驗(yàn)站。科學(xué)家要研究比“可見光”波長(zhǎng)更短的物體，要“看清”病毒、蛋白質(zhì)分子甚至金屬原子等微觀物體，必須選用與這些微觀物體大小相近或更短的波長(zhǎng)的光束，來照射微觀物體，利用光束在物質(zhì)中的衍射、折射、散射等能夠檢測(cè)到的特性，或者利用光束與物體相互作用產(chǎn)生的光激發(fā)、光吸收、熒光、光電子發(fā)射等特性，來探究未知的微觀世界。新華社記者 裴鑫 攝
　　目前，全球建成和在建的同步輻射光源裝置共有60余座，其中第三代同步輻射裝置13臺(tái)。上海光源屬于世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一，能量居世界第四，僅次于日本的SPring-8(8 GeV)、美國(guó)的APS(7 GeV)和歐洲的ESRF(6 GeV)。
　　與中國(guó)已有第一代同步輻射光源——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)和第二代同步輻射光源——合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室相比，上海光源具有高亮度、高強(qiáng)度、高穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)度是X光機(jī)的上萬倍，亮度是最強(qiáng)的X光機(jī)的上億倍，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)。
　　上海光源工程由中國(guó)科學(xué)院和上海市政府共同申請(qǐng)建造，由中科院上海應(yīng)用物理所承建，于2004年12月25日正式破土動(dòng)工。
　　上海光源工程指揮部總指揮、中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)江綿恒說，上海光源是一項(xiàng)極其復(fù)雜的大科學(xué)工程，工程包含了眾多系統(tǒng)，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)，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。
　　在建設(shè)過程中，中國(guó)工程人員攻克了軟土地基微振動(dòng)控制、消防性能化設(shè)計(jì)等諸多技術(shù)難題，90%的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，直接帶動(dòng)了中國(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)械加工等先進(jìn)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展。
　　“上海光源工程是全國(guó)大協(xié)作的結(jié)晶，代表了中國(guó)工業(yè)發(fā)展的最先進(jìn)水平，彰顯了中國(guó)綜合科技實(shí)力。”上海光源工程最早的倡導(dǎo)者之一、中國(guó)科學(xué)院楊福家院士說。
　　截至目前，中科院上海應(yīng)用物理所已經(jīng)收到來自全國(guó)78所高等院校和科研院所的301份申請(qǐng)材料，各地科研人員計(jì)劃在“上海光源”的七條光束線站上開展生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)與制藥、新材料、物理、化學(xué)、石油化工等方面的研究和開發(fā)工作。

　　上海光源工程座落在上海浦東著名的張江國(guó)家級(jí)高科技園區(qū)，地塊位于張江高科技園區(qū)的楊橋村南部，工程用地范圍約20萬平方米，上海張江(集團(tuán))有限公司以零地價(jià)轉(zhuǎn)讓給上海光源工程使用。
　　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，在科學(xué)界和工業(yè)界有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。由于在長(zhǎng)三角地區(qū)特別是張江高科技園區(qū)已存在微電子與光電子工藝、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)域中的上千家高科技開發(fā)商，均是上海光源的潛在用戶。

　　上海光源工程一期擬建約45000平方米，東西長(zhǎng)分別為588至615米，南北寬為333米,總面積約為20萬平方米，一期建筑面積為50857平方米。上海光源是中國(guó)迄今為止投資最大的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，總投資約12億元，在一座銀灰色、如鸚鵡螺外形萬人體育場(chǎng)大小的圓形建筑內(nèi)，建有一臺(tái)能量為150M電子伏特的電子直線加速器，一臺(tái)周長(zhǎng)為180米、能量為3.5G電子伏特的增強(qiáng)器，以及一臺(tái)周長(zhǎng)達(dá)432米、能量為3.5G電子伏特的電子儲(chǔ)存環(huán)，還有沿電子儲(chǔ)存環(huán)外側(cè)依次分布的多條光束線和實(shí)驗(yàn)站等。
　　上海光源工程由中國(guó)科學(xué)院和上海市政府共同建造，由中央政府和上海地方政府共同出資，開中國(guó)重大基礎(chǔ)科學(xué)研究之先河。上海光源的建設(shè)將為構(gòu)建科研新體制增添一份寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

　　同步輻射光源被科學(xué)家稱之為繼電光源、X光源和激光光源之后，第四次為人類文明帶來革命性推動(dòng)的新光源，為人類認(rèn)知世界提供了更有力的工具。它具有常規(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、寬頻譜范圍、高光譜耀度和高光子通量等，好比一臺(tái)多用戶的超級(jí)顯微鏡，是照亮微觀世界的“神奇之光”。它所能照亮的學(xué)科之眾多，應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛，都是空前的。像普通的X光膠片只能模糊地看到骨骼，但是同步輻射光透射的影像就能探測(cè)分子級(jí)甚至亞分子級(jí)結(jié)構(gòu)，如蛋白質(zhì)和DNA等等，而且輪廓非常清晰。
　　高性能的同步輻射光源將為生命科學(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)。

　　為保持光束流的高度穩(wěn)定，光源軌道的垂直穩(wěn)定度須控制在1微米以內(nèi)。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)。
　　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。

艾滋病毒

　　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)，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，利用高強(qiáng)度和高亮度的同步輻射光，科學(xué)家可以很清晰地“看見”生物大分子(如蛋白質(zhì)、病毒等)的三維結(jié)構(gòu)，掌握它們?cè)谏磻?yīng)過程中，結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過程，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。
　　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。研究清楚致病病毒分子及周圍人體生物組織分子的三維結(jié)構(gòu)，弄清病毒的致病機(jī)理與過程至關(guān)重要，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)出能對(duì)致病分子進(jìn)行屏蔽或抑制的藥物分子結(jié)構(gòu)，再合成新藥，這比傳統(tǒng)的篩選法周期短得多，成本也低得多。利用這種方法，國(guó)外已成功研制出用于抑制艾滋病的藥物，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。

　　在石化及化學(xué)工業(yè)中，催化劑起著核心作用，對(duì)石油化工的效率產(chǎn)出有重要影響。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，研究催化機(jī)理和催化劑的特性。
　　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。上海光源將是新型催化劑研發(fā)中不可或缺的工具。
　　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。

　　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。
　　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，未來的新能源汽車對(duì)全新機(jī)理的高性能電池研究需求更是世界矚目的焦點(diǎn)，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。

　　“上海光源”的用戶并不僅限于高科技機(jī)構(gòu)，還包括眾多與民生緊密相關(guān)的企業(yè)。比如，著名化妝品公司歐萊雅已經(jīng)多次采用同步輻射光源來研究毛發(fā)角蛋白的分子結(jié)構(gòu)，開發(fā)更高性能的產(chǎn)品。

　　上海光源包括一臺(tái)約40米長(zhǎng)、把電子槍產(chǎn)生的10萬電子伏特電子束加速到1.5億電子伏特的電子直線加速器(在模型中心位置，紅色直線段)、一臺(tái)周長(zhǎng)180米、能在0.5秒內(nèi)把電子束從1.5億電子伏特加速到35億電子伏特全能量的增強(qiáng)器(紅色小環(huán))和一臺(tái)周長(zhǎng)432米、35億電子伏特的高性能電子儲(chǔ)存環(huán)(外圈藍(lán)色大環(huán))和諸多的引出光束線(青色曲線)。
　　其電子束能量為35億電子伏特，僅次于日本的SPring-8 (80億電子伏特)、美國(guó)的APS(70億電子伏特)和歐洲共同體的ESRF(60億電子伏特)，居世界第四。

　　上海光源的設(shè)計(jì)建造符合中國(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。上海光源可同時(shí)提供從“硬X射線”到“遠(yuǎn)紅外”全波段的高亮度光束，性能被優(yōu)化在用途最廣泛的X射線和硬X射線能區(qū)。利用近年來技術(shù)的新進(jìn)展，在5~20keV光譜區(qū)間可產(chǎn)生性能趨近前述美日歐三套大而昂貴的高能量光源所產(chǎn)生的高耀度硬X光;在1~5keV光譜區(qū)間可產(chǎn)生目前世界最高耀度的同步輻射光。
　　其將在亞洲地區(qū)與日本SPring-8 (80億電子伏特)、韓國(guó)PLS (25億電子伏特)、印度Indus-II (25億電子伏特)和中國(guó)臺(tái)灣TLS (15億電子伏特)等第三代同步輻射光源一起形成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)。

　　沿著周長(zhǎng)432米、35億電子伏特的高性能電子儲(chǔ)存環(huán)的切線方向可以引出光束線，建立試驗(yàn)站。上海光源總共將建設(shè)近60條以上光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站。上海光源首批建設(shè)的7個(gè)光束線實(shí)驗(yàn)站居國(guó)際先進(jìn)水平，目前每天可容納幾百名不同學(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。

　　上海光源的二期工程——再建22至24條光束線的計(jì)劃，也已經(jīng)遞交。上海光源圓形建筑內(nèi)具有建設(shè)60多條不同光束線的能力，能日夜不斷為環(huán)繞四周的上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站供光，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)第一代同步輻射光源——北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)。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，目前世界上已建成的第一代同步輻射光源有17臺(tái)。

　　中國(guó)第二代同步輻射光源——合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室(HLS)。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)，目前世界上已建成的第二代同步輻射光源有23臺(tái)。

合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室內(nèi)景

　　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，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。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)!
　　目前世界上已建成的第三代同步輻射光源有13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)。

　　上海光源作為先進(jìn)的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)。
　　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。