法國SOLEIL 同步輻射光源所在地區(qū)

SOLEIL所在的埃松省(Essonne)歷史悠久，但無論是公元前5世紀的克爾特時期，還是中世紀，或者11-12世紀的墨洛溫王朝，甚至到20世紀的現(xiàn)代社會，埃松一直屬于法國的偏遠落后地區(qū)。散落的高盧人農(nóng)場組成了這里主要的地理坐標，幾處小村莊從事最簡單的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

法國的一些大學和科研中心逐漸在埃松聚集，包括法國最好的大學--法國綜合理工大學校(Ecole Polytechnique)、大型研究機構(gòu)(Medicin Sante)、大型企業(yè)的實驗室和活躍的中小企業(yè)網(wǎng)絡。1998年10月，在埃松省省會埃佛利(Evry)建立了一個由巴黎大區(qū)議會、埃松省議會、埃佛利市和法國抗疾病協(xié)會聯(lián)合成立的非盈利性協(xié)會"基因谷"科技園(Genopole)，這是法國的第一個科技園區(qū)，經(jīng)過10余年的蓬勃發(fā)展，基因谷已經(jīng)擁有20多個實驗室、3個國家級研究中心，近70家生物技術(shù)公司進駐園區(qū)，法國近年基因工程方面的重要工作都在這里完成。

2002年SOLEIL光源落戶埃松的薩克萊后給埃松帶來了新的發(fā)展機遇。在生命科學研究進入后基因組時代之時，蛋白質(zhì)科學研究已成為各發(fā)達國家競相搶占的制高點。而以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究為主要目標的結(jié)構(gòu)基因組學研究80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進行?；蚬扰cSOLEIL光源聯(lián)手，可謂"如虎添翼"。

埃松省議會主席在2006年SOLEIL光源的完工儀式上曾驕傲地宣布:因為擁有了最具世界影響力的高端科技，埃松省在科技研發(fā)和創(chuàng)新方面飛躍發(fā)展，已成為法國最活躍最具吸引力的地區(qū)之一。

SOLEIL光源擁有自己的網(wǎng)站，每月發(fā)行期刊:《Le Rayon de SOLEIL》，每年舉行一次年會。自2006年1月以來每年召開一次用戶會議，旨在收集加速器的最新運行情況、輻射光源的性能和效果，整理一年來工作的新進展，以及取得的重要研究成果。

SOLEIL是多科學研究的中心，無疑也是科學技術(shù)的交流站和傳播站。從2002年開始，SOLEIL即對外開放，與各大中小學校、科技活動中心、市政府圖書館和多媒體中心合作，向大眾推廣加速器的科普知識。每年，成千上萬的學生、科技愛好者、市民來這里參觀、學習、與科研人員探討。2009年9月，在奧爾良省議會舉辦了第七個SOLEIL科學日，主題為《材料與科學大裝置》。同時，SOLEIL在科學節(jié)、職業(yè)論壇、文化遺產(chǎn)日等期間組織豐富多彩的科教活動，并配有流動科普宣傳車，鼓勵更多的年輕人加入到高科技研究的行列。為所在地區(qū)帶來巨大的發(fā)展機遇。

同步輻射光穿透物質(zhì)本身，使人類了解了物質(zhì)的亞微態(tài):內(nèi)在結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)。如今，越來越多的科學研究需要借助同步輻射實驗來實現(xiàn)，尤其是基礎科學:物理、納米科學、化學、材料科學、生命科學、地球和大氣科學、環(huán)境科學、醫(yī)藥甚至古生物學。

SOLEIL光源同樣適用于應用科學研究和持續(xù)性發(fā)展:醫(yī)藥、生物技術(shù)、石化、美容、農(nóng)產(chǎn)品加工、機械業(yè)、冶金、塑料陶瓷玻璃品制造、地理環(huán)境、國防、科技警察、文化遺產(chǎn)保護等。它向全法國和全世界開放，包括中小型企業(yè)、團體和個人。

(1)醫(yī)藥業(yè)

腎結(jié)石作為常見疾病，其發(fā)病率一直呈增長趨勢，工業(yè)越發(fā)達的國家，發(fā)病率越高，法國就有10%的人患有腎結(jié)石。這一疾病的檢測相當棘手。當診斷出來時常常已是晚期，病人不得不進行手術(shù)切除。一位Necker醫(yī)院的女病人，罹患遺傳性腎結(jié)石，利用SOLEIL光源上的SMIS束線同步光進行了紅外線顯微光譜檢查，僅僅幾小時后就取到了結(jié)果，使她較早地發(fā)現(xiàn)了病灶，采用了有效的藥物治療，避免了手術(shù)的痛苦，保留了既完整又健康的腎。

帕金森病人在法國約有80萬，多數(shù)為65歲以上的老人。為了尋找有效的治療方法，必須對其復雜的成因--大腦神經(jīng)元壞死做全面深入的了解，特別是掌管記憶和智力的神經(jīng)元。目前，人類對這一疾病還沒有找到確切的解釋。但科學家們提出一個假設:帕金森癥源于肽和β淀粉的粘合。在健康的腦組織中，二者的凝聚是可溶解性的，但對帕金森患者，神經(jīng)元凝結(jié)成板狀，多學科研究的結(jié)果顯示:銅離子介入β淀粉而導致過渡粘合。法國圖盧茲(Toulouse)化學實驗室利用SOLEIL光源上SAMBA束線的X射線吸收光譜來定義銅離子，分析在低溫和常溫狀態(tài)下與β淀粉的相互作用，以研制治療帕金森病的有效藥物和療法。

(2)天文學

46億年前，太陽系由巨大的分子云裂變，經(jīng)過近2億年的演變終于形成。某些原始物質(zhì)中的物理化學特性保存至今，譬如:彗星，即是那混沌初開時期的遺物。因此，利用SOLEIL光源上的SMIS紅外線顯微光譜，分析彗星微粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和礦物組成，可更清晰地揭開太陽系的神秘面紗。

(3)考古學

地質(zhì)和考古學家在薩克萊(Saclay)高地勘測和研究過程中，利用SOLEIL光源的高端技術(shù)，對發(fā)現(xiàn)物體的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了準確、深入的研究。并利用SOLEIL的造影技術(shù)和微提取分析法，更細致地了解了物體的來源、生產(chǎn)工藝和保存方法。

(4)美容業(yè)

同步光源很早就應用于美容業(yè)，不僅用于美容新產(chǎn)品的研發(fā)，而且跟蹤使用后的美容效果。目前，利用SOLEIL光源，在SWING、SMIS、DISCO、PSICHE束線上都有這方面的研究，比如:皮膚和頭發(fā)的分子結(jié)構(gòu)分析，發(fā)乳、發(fā)膠、摩絲的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性及老化，水、美容品和皮膚的融合吸收過程及其納米微結(jié)構(gòu)……

(5)新材料

塑料袋、洗滌劑、洗衣液、膠水，這些人類日常生活的必需品都來自石化工業(yè)。它們不僅造成嚴重的環(huán)境污染，而且生產(chǎn)這類產(chǎn)品本身就會產(chǎn)生許多垃圾，它們的銷毀又導致二氧化碳的大量排放。因此尋找新材料，將對環(huán)境的污染減到最小化，已迫在眉睫。

綠色化學倡導利用催化作用引導化學反應。法國里爾大學的異質(zhì)催化研究團隊為了直接將甲醇轉(zhuǎn)變?yōu)槎籽趸淄?，在SOLEIL光源上SAMBA、ODE束線的X射線吸收光譜上實驗了多種催化劑:氧化錸與氧化鋁粉末混合或氧化鈦與氧化鋁粉末混合。這是人類走向植物源生化溶劑和產(chǎn)品的第一步。

SOLEIL由注入器、輸運線、儲存環(huán)和同步輻射實驗線站等部分組成。注入器是一臺直線加速器，電子槍產(chǎn)生的正負電子束在直線加速器中加速后分別注入橢圓形的增強器繼續(xù)加速，直至電子能量直到達到SOLEIL要求的2.75 GeV。儲存環(huán)周長354米，為了利用產(chǎn)生的同步輻射光，電子進入儲存環(huán)后將運轉(zhuǎn)幾個小時。彎轉(zhuǎn)磁鐵使電子改變通常的線性運動軌跡而沿著儲存環(huán)的軌道運轉(zhuǎn)，四極磁鐵使電子束聚焦為頭發(fā)絲般的直徑。扭擺磁鐵(也稱插入件)迫使正負電子束做波浪形的曲線運動，使電子有可能在直線段產(chǎn)生同步輻射光。儲存環(huán)內(nèi)的電子運行速度幾乎達到30萬公里/秒的光速，產(chǎn)生的同步輻射光從遠紅外、紫外，到硬X射線，光強約為太陽光的1萬倍。引出的光束線位于儲存環(huán)四周，每個光束線是一個獨立的實驗室。實際上，SOLEIL設計的最大容量可以容納43光束線。

同步輻射光通過光束線上的單色儀引至實驗站，每條束線提供的同步輻射光類別不同，實驗站同時提供多種實驗分析技術(shù)，科學家們因此得以觀察物質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，研究物質(zhì)的化學、電子和磁行為，在生物、醫(yī)藥、材料科學等領(lǐng)域探索。

法國科技界人士認為，SOLEIL第三代光源這種大型科研設施的落戶，將進一步增強該地區(qū)的科研實力，使巴黎地區(qū)成為可與倫敦、慕尼黑、柏林相媲美的國際重要科研城市。

?同步輻射光源是指產(chǎn)生同步輻射的物理裝置。第一代同步輻射光源是寄生于高能物理實驗專用的高能對撞機的兼用機，第二代同步輻射光源是基于同步輻射專用儲存環(huán)的專用機，第三代同步輻射光源為性能更高且儲存環(huán)之直線段可加裝插件磁鐵組件之同步輻射專用儲存環(huán)的專用機，現(xiàn)在正在研究的自由電子激光器則為新一代的高強度光源設施。

"上海同步輻射光源"2004年12月25日破土開工，由中國科學院與上海市人民政府共同向國家申請建造，由中國科學院上海應用物理研究所承建，總投資約12億元，我國迄今最大的大科學裝置"上海同步輻射光源"。在我國，第一代同步輻射光源是"北京光源"，第二代光源是合肥國家同步輻射實驗室，第三代光源就是"上海光源"。

"上海光源"發(fā)出的超強X光將對微觀世界的認知帶來一場"成像革命"--它將利用比普通X光機亮上億倍、強百萬倍的同步輻射光對物質(zhì)進行微觀"成像"。接近光速運動的電子在磁場中作曲線運動改變運動方向時所產(chǎn)生的電磁輻射，也就是同步輻射光源。從上世紀70年代起，全球建成和在建的同步輻射光源裝置已有60余座。在國際上已經(jīng)建成的20臺第三代同步輻射光源中，"上海光源"的能量居世界第四，僅次于日本、美國、歐洲的有關(guān)設施。它還將與我國臺灣地區(qū)以及日本、韓國、印度的第三代同步輻射光源一起，形成堪與美歐媲美的亞洲光源群。與第二代合肥同步輻射光源相比，第三代"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，其得到的光亮度相差約1600倍(約三個量級)。"上海光源"擁有的高強度、高亮度、高穩(wěn)定性等特性，可用以從事生命科學、材料科學、環(huán)境科學、醫(yī)學、藥學等多學科的前沿基礎研究，以及微電子、石油、醫(yī)療診斷等高技術(shù)的開發(fā)應用的實驗研究。以生命科學為例，生命科學已進入了后基因組時代，蛋白質(zhì)科學已成為各發(fā)達國家競相搶占的制高點。而以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能研究為主要目標的結(jié)構(gòu)基因組學研究80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進行。開放共享是大科學裝置的顯著特點。"上海光源"具有建設60多條光束線的能力，屆時可以同時向上百個實驗站提供從紅外光到硬X射線的各種同步輻射光，給用戶的供光機時將超過5000小時/年。目前，首批7條光束線與實驗站全部完成安裝和調(diào)試，所有60多條光束線計劃在未來15年內(nèi)完成安裝調(diào)試。"上海光源"已收到全國78所大學的301份使用申請，共計2868個機時段23000個小時。如此大規(guī)模的申請，恐怕將'上海光源'明年的機時量排進去都不夠。

上海同步輻射裝置( Shanghai Synchrotron Radiation Facility，簡稱 SSRF)，是一臺世界先進的中能第三代同步輻射光源，總投資計劃12億人民幣。上海同步輻射裝置的電子儲存環(huán)電子束能量為3.5GeV(35億電子伏特)，僅次于世界上僅有的四臺高能光源(美、日、歐 臺灣各一臺)，居世界第五，超過其它所有的中能光源; X射線的亮度和通量被優(yōu)化在用戶最多的區(qū)域。

上海同步輻射裝置是國家級大科學裝置和多學科的實驗平臺，由全能量注入器、電子儲存環(huán)、光束線和實驗站組成。全能量注入器提供電子束并使其加速到所需能量，電子儲存環(huán)儲存電子束并提供同步輻射光，光束線對引出的同步輻射光進行傳輸、加工，提供給實驗站上的用戶使用。

(一)提供電子束的全能量注入器

全能量注入器包括電子直線加速器、增強器和注入/引出系統(tǒng)，其作用是向電子儲存環(huán)提供所需的電子束。電子槍產(chǎn)生的能量為10萬電子伏特的電子束，先被約40米長的電子直線加速器加速到3億電子伏特能量，然后被注入到周長約158米的增強器中，由增強器繼續(xù)加速到35億電子伏特，再經(jīng)過注入/引出系統(tǒng)注入到電子儲存環(huán)。這種把電子束加速到了電子儲存環(huán)運行能量的注入器叫全能量注入器。整個注入過程必須通過一套專門設計的時序控制系統(tǒng)來"精確指揮"。

(二)產(chǎn)生同步輻射光的電子儲存環(huán)

電子儲存環(huán)是一個周長為396米的閉合環(huán)形高科技裝置，相當于一個學校400米環(huán)形跑道的操場，用來儲存35億電子伏特高能電子束。電子儲存環(huán)是同步輻射光源的主體與核心，其性能直接決定了同步輻射光源性能的優(yōu)劣。它由真空度為10-9乇的超高真空室、高精度磁鐵系統(tǒng)、高頻加速腔、高靈敏的束流探測儀器和控制系統(tǒng)等組成。高精度磁鐵系統(tǒng)是儲存環(huán)的主要部件，包括40臺二極偏轉(zhuǎn)磁鐵、200臺四極聚焦磁鐵和140臺六極色品磁鐵。根據(jù)設計要求，這些磁鐵按特定順序沿環(huán)排列，形成一個呈20周期的消色散磁聚焦結(jié)構(gòu)，每周期含有一段7米或5米長的直線段。為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。

(三)光束線---"橋梁"

光束線沿著電子儲存環(huán)的外側(cè)分布，它是用戶實驗站與電子儲存環(huán)之間的"橋梁"，對從電子儲存環(huán)引出的同步輻射光，按用戶要求進行再加工，如分光、準直、聚焦等，并輸送到用戶實驗站。它包括安裝在真空管道內(nèi)的一系列精密光學系統(tǒng)，涉及的主要光學元件有準直狹縫、聚焦鏡、單色儀(光柵或晶體)和反射鏡等，這些特殊的現(xiàn)代光學器件對材料、工藝、精度、控制和冷卻等都有十分苛刻的要求。此外它還有快速

真空閥和輻射防護閘以實施真空和輻射安全的連鎖保護。

(四)探索自然奧秘的實驗站

實驗站是科學家和工程師利用同步輻射光揭開科學秘密、開發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品的綜合科技平臺。在這里同步輻射光被"照射"到各種各樣的實驗樣品上，同時科學儀器紀錄下實驗樣品的各種反應信息或變化，經(jīng)高速計算機處理后變成一系列反映自然奧秘的曲線或圖像。

將落戶張江高科技園區(qū)

1999年7月上海同步輻射裝置工程領(lǐng)導小組審議并批準上海同步輻射裝置落戶上海浦東新區(qū)的張江高科技園區(qū)，占地300畝。地鐵2號線將它與陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)、市中心南京路步行街等直接相連，行程15~20分鐘。由此，上海可望在21世紀成為全國乃至世界的多學科前沿研究中心。

國家科技領(lǐng)導小組已于1997年6月批準上海同步輻射裝置先進行工程預制研究，以掌握建設上海同步輻射裝置的關(guān)鍵技術(shù)，形成骨干科技隊伍。在國家計委和上海市人民政府的共同支持下，工程預制研究自1999年起，由工程指揮部在中國科學院上海原子核研究所組織實施。目前已完成41項涉及上海同步輻射裝置大部分重大關(guān)鍵技術(shù)非標設備的研制，其中26項達到國際上第三代同步輻射光源同類設備的先進水平，并于2001年3月通過了由中國科學院基礎科學局和上海市計委共同主持、主要由兩院院士組成的專家組的鑒定。與此同時，還完成了《上海同步輻射裝置工程初步設計》，形成了一支專業(yè)配套、結(jié)構(gòu)合理的設計、建設和研發(fā)骨干科技隊伍。