上海同步輻射光源廣闊的應(yīng)用前景

利用上海同步輻射裝置的高亮度、短波長(zhǎng)的同步輻射光在空間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將可以進(jìn)行許多前沿學(xué)科的探索。生物學(xué)家依托同步輻射光，能獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系;而通過對(duì)病毒外殼蛋白、癌癥基因及其表達(dá)物等病原三維結(jié)構(gòu)的詳細(xì)了解，有望設(shè)計(jì)出能與該病原特異結(jié)合的藥物小分子，以阻斷病原對(duì)細(xì)胞的感染，或抑制其致病的功能，這就是基于分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)新概念。材料科學(xué)家利用同步輻射光，可以清楚地揭示出材料中原子的精確構(gòu)造和有價(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"，也是設(shè)計(jì)新穎材料的原理來源，所以材料科學(xué)家和他們所服務(wù)的企業(yè)成了第三代同步輻射光源的大用戶。

利用上海同步輻射裝置的高亮度、窄脈沖的同步輻射光在時(shí)間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將可以實(shí)現(xiàn)在分子水平上直接觀察生命現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程。對(duì)于生命科學(xué)來說，靜態(tài)地了解生物大分子或生物體的結(jié)構(gòu)只是第一層次的研究，生物大分子或生物體結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時(shí)觀察則是更高層次的研究。上海同步輻射裝置為這一類動(dòng)態(tài)過程的研究開啟了大門，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，人們將有可能像看電影那樣直接觀察生物大分子之間相互作用的精細(xì)過程，生命科學(xué)的研究將進(jìn)入一個(gè)嶄新的天地。對(duì)于材料科學(xué)來說，上海同步輻射裝置將可以使我國(guó)材料科學(xué)家獲得發(fā)生在原子水平的材料形成過程的動(dòng)態(tài)圖像，這些過程包括生長(zhǎng)機(jī)制、相變過程、固態(tài)作用、裂縫擴(kuò)散、高分子聚合物硬變、交界面過程和其他與時(shí)間相關(guān)的過程，它們是發(fā)明優(yōu)秀新材料不可或缺的"源頭信息"。而對(duì)于作為同步輻射光源的基本用戶的化學(xué)科學(xué)來說，上海同步輻射裝置將是我國(guó)化學(xué)科學(xué)躋身世界前列的必不可少的現(xiàn)代工具，將使我國(guó)化學(xué)科學(xué)家可以直接觀測(cè)小至1立方微米的化學(xué)樣品在化學(xué)反應(yīng)期間原子的重新排列和位置，跟蹤發(fā)生在快于10-9秒(十億分之一秒)的化學(xué)過程，在最基礎(chǔ)的水平上掌握形成新化學(xué)產(chǎn)品的整個(gè)過程。

利用上海同步輻射裝置的高亮度、能量可選的同步輻射光，將大大提高對(duì)生命體內(nèi)結(jié)構(gòu)與形態(tài)的觀察精度。通過同步輻射 X光顯微成像和斷層掃描成像技術(shù)能夠直接獲取活細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖像。基于上海同步輻射裝置強(qiáng)度高、能量可選的 X射線，發(fā)展起來的"雙色減影心血管造影"新技術(shù)，可以為心血管病的早期診斷提供安全、快速、高清晰的診斷方法。最近，利用第三代同步輻射 X光源射線橫向相干性好的特性，發(fā)展了 X射線相位反襯成像技術(shù)，能夠清晰地拍攝出吸收反襯很弱的軟組織如血管、神經(jīng)等的照片，有望發(fā)展出不需要造影劑的"心血管造影術(shù)"。

利用上海同步輻射裝置在空間分辨、時(shí)間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將大大促進(jìn)和加快我國(guó)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究。在過去的十多年里，基因測(cè)序是生物學(xué)的熱門話題，人類基因組測(cè)序已完成，但這只是生命科學(xué)進(jìn)入新時(shí)代的開端。因?yàn)橐獜母旧险莆丈F(xiàn)象基本規(guī)律，必須了解基因載體---蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)，破解其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。測(cè)定蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的最有效的手段是 X射線蛋白質(zhì)晶體衍射。由于蛋白質(zhì)晶體體積小(幾十個(gè)微米)，且分子數(shù)目少，要求所用的 X射線光具有高亮度。如用 X光機(jī)束測(cè)一套蛋白質(zhì)晶體衍射數(shù)據(jù)的話，需要幾十個(gè)小時(shí);用二代光源，需要幾十分鐘;用第三代光源則只要幾秒鐘。另外，同步光源還具有短脈沖(小于100皮秒)時(shí)間結(jié)構(gòu)，為實(shí)時(shí)觀測(cè)生物分子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過程提供了可能性，將把生命科學(xué)研究帶入一個(gè)嶄新的時(shí)代。

同步輻射光源已經(jīng)成為材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的一種最先進(jìn)的、不可替代的工具，并且在電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、生物工程和微細(xì)加工工業(yè)等方面具有重要而廣泛的應(yīng)用。上海同步輻射裝置將成為我國(guó)迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代、創(chuàng)立國(guó)家知識(shí)創(chuàng)新體系的必不可少的國(guó)家級(jí)大科學(xué)裝置。

上海同步輻射裝置除了具有第三代同步輻射光源共同的特性之外，還具有:

(1)高效性:總共將建設(shè)近50條光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站，所有這些實(shí)驗(yàn)站都是為準(zhǔn)確探測(cè)同步輻射光與實(shí)驗(yàn)樣品的各種相互作用而精心設(shè)計(jì)的。首批擬建的7條光束線、實(shí)驗(yàn)站和4個(gè)后備實(shí)驗(yàn)站已于1999年底通過了國(guó)內(nèi)外的專家評(píng)審，它們是:硬 X射線生物大分子晶體學(xué)、硬 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)( X AFS)、硬 X射線高分辨衍射與散射、硬 X射線微聚焦及應(yīng)用、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、軟 X射線相干顯微學(xué)、 L IGA及光刻，以及紅外等后備實(shí)驗(yàn)站。上海同步輻射裝置將陸續(xù)向廣大用戶提供掃描光電子能譜、掃描透射 X射線顯微、 X射線熒光顯微、 X射線非彈性散射等實(shí)驗(yàn)站。向用戶的供光機(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，日以繼夜地在各自的實(shí)驗(yàn)站上同時(shí)使用同步輻射光。

(2)靈活性:上海同步輻射裝置可運(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。

(3)前瞻性:上海同步輻射裝置的科學(xué)壽命至少30年，電子直線加速器同時(shí)用于發(fā)展深紫外區(qū)高增益自由電子激光。

上海同步輻射裝置( Shanghai Synchrotron Radiation Facility，簡(jiǎn)稱 SSRF)，是一臺(tái)世界先進(jìn)的中能第三代同步輻射光源，總投資計(jì)劃12億人民幣。上海同步輻射裝置的電子儲(chǔ)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(tái)高能光源(美、日、歐 臺(tái)灣各一臺(tái))，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(guó)家級(jí)大科學(xué)裝置和多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，由全能量注入器、電子儲(chǔ)存環(huán)、光束線和實(shí)驗(yàn)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(chǔ)存環(huán)儲(chǔ)存電子束并提供同步輻射光，光束線對(duì)引出的同步輻射光進(jìn)行傳輸、加工，提供給實(shí)驗(yàn)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(qiáng)器和注入/引出系統(tǒng)，其作用是向電子儲(chǔ)存環(huán)提供所需的電子束。電子槍產(chǎn)生的能量為10萬(wàn)電子伏特的電子束，先被約40米長(zhǎng)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(zhǎng)約158米的增強(qiáng)器中，由增強(qiáng)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(chǔ)存環(huán)。這種把電子束加速到了電子儲(chǔ)存環(huán)運(yùn)行能量的注入器叫全能量注入器。整個(gè)注入過程必須通過一套專門設(shè)計(jì)的時(shí)序控制系統(tǒng)來"精確指揮"。

(二)產(chǎn)生同步輻射光的電子儲(chǔ)存環(huán)

電子儲(chǔ)存環(huán)是一個(gè)周長(zhǎng)為396米的閉合環(huán)形高科技裝置，相當(dāng)于一個(gè)學(xué)校400米環(huán)形跑道的操場(chǎng)，用來儲(chǔ)存35億電子伏特高能電子束。電子儲(chǔ)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(cè)儀器和控制系統(tǒng)等組成。高精度磁鐵系統(tǒng)是儲(chǔ)存環(huán)的主要部件，包括40臺(tái)二極偏轉(zhuǎn)磁鐵、200臺(tái)四極聚焦磁鐵和140臺(tái)六極色品磁鐵。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，這些磁鐵按特定順序沿環(huán)排列，形成一個(gè)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(zhǎng)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(jí)。

(三)光束線---"橋梁"

光束線沿著電子儲(chǔ)存環(huán)的外側(cè)分布，它是用戶實(shí)驗(yàn)站與電子儲(chǔ)存環(huán)之間的"橋梁"，對(duì)從電子儲(chǔ)存環(huán)引出的同步輻射光，按用戶要求進(jìn)行再加工，如分光、準(zhǔn)直、聚焦等，并輸送到用戶實(shí)驗(yàn)站。它包括安裝在真空管道內(nèi)的一系列精密光學(xué)系統(tǒng)，涉及的主要光學(xué)元件有準(zhǔn)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(xué)器件對(duì)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(hù)閘以實(shí)施真空和輻射安全的連鎖保護(hù)。

(四)探索自然奧秘的實(shí)驗(yàn)站

實(shí)驗(yàn)站是科學(xué)家和工程師利用同步輻射光揭開科學(xué)秘密、開發(fā)高新技術(shù)產(chǎn)品的綜合科技平臺(tái)。在這里同步輻射光被"照射"到各種各樣的實(shí)驗(yàn)樣品上，同時(shí)科學(xué)儀器紀(jì)錄下實(shí)驗(yàn)樣品的各種反應(yīng)信息或變化，經(jīng)高速計(jì)算機(jī)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(dǎo)小組審議并批準(zhǔn)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(hào)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?？赏?1世紀(jì)成為全國(guó)乃至世界的多學(xué)科前沿研究中心。

國(guó)家科技領(lǐng)導(dǎo)小組已于1997年6月批準(zhǔn)上海同步輻射裝置先進(jìn)行工程預(yù)制研究，以掌握建設(shè)上海同步輻射裝置的關(guān)鍵技術(shù)，形成骨干科技隊(duì)伍。在國(guó)家計(jì)委和上海市人民政府的共同支持下，工程預(yù)制研究自1999年起，由工程指揮部在中國(guó)科學(xué)院上海原子核研究所組織實(shí)施。目前已完成41項(xiàng)涉及上海同步輻射裝置大部分重大關(guān)鍵技術(shù)非標(biāo)設(shè)備的研制，其中26項(xiàng)達(dá)到國(guó)際上第三代同步輻射光源同類設(shè)備的先進(jìn)水平，并于2001年3月通過了由中國(guó)科學(xué)院基礎(chǔ)科學(xué)局和上海市計(jì)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(shí)，還完成了《上海同步輻射裝置工程初步設(shè)計(jì)》，形成了一支專業(yè)配套、結(jié)構(gòu)合理的設(shè)計(jì)、建設(shè)和研發(fā)骨干科技隊(duì)伍。

★寬波段:同步輻射光的波長(zhǎng)覆蓋面大，具有從遠(yuǎn)紅外、可見光、紫外直到 X射線范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，并且能根據(jù)使用者的需要獲得特定波長(zhǎng)的光。

★高準(zhǔn)直:同步輻射光的發(fā)射集中在以電子運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹行牡囊粋€(gè)很窄的圓錐內(nèi)，張角非常小，幾乎是平行光束，堪與激光媲美。

★高偏振:從偏轉(zhuǎn)磁鐵引出的同步輻射光在電子軌道平面上是完全的線偏振光，此

外，可以從特殊設(shè)計(jì)的插入件得到任意偏振狀態(tài)的光。

★高純凈:同步輻射光是在超高真空中產(chǎn)生的，不存在任何由雜質(zhì)帶來的污染，是非常純凈的光。

★高亮度:同步輻射光源是高強(qiáng)度光源，有很高的輻射功率和功率密度，第三代同步輻射光源的 X射線亮度是 X光機(jī)的上千億倍。

★窄脈沖:同步輻射光是脈沖光，有優(yōu)良的脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)，其寬度在10-11~10-8秒(幾十皮秒至幾十納秒)之間可調(diào)，脈沖之間的間隔為幾十納秒至微秒量級(jí)，這種特性對(duì)"變化過程"的研究非常有用，如化學(xué)反應(yīng)過程、生命過程、材料結(jié)構(gòu)變化過程和環(huán)境污染微觀過程等。

★可精確預(yù)知:同步輻射光的光子通量、角分布和能譜等均可精確計(jì)算，因此它可以作為輻射計(jì)量---特別是真空紫外到 X射線波段計(jì)量---的標(biāo)準(zhǔn)光源。

此外，同步輻射光還具有高度穩(wěn)定性、高通量、微束徑、準(zhǔn)相干等獨(dú)特而優(yōu)異的性能。

人類文明史是利用和開發(fā)光資源的歷史

人類生存和發(fā)展從來就離不開對(duì)"光"的利用和開發(fā)，人類的文明史是一部利用和開發(fā)"光資源"的歷史。"光"是一個(gè)很大的家族，其中"可見光"只是"光家族"中的一員。光可依其波長(zhǎng)不同，分為無線電波、微波、紅外、可見光、紫外、真空紫外、軟 X射線、硬 X射線和伽馬(γ)射線等。

光的波長(zhǎng)或能量決定了它與物質(zhì)的相互作用類型，如"可見光"照射人體時(shí)，會(huì)被反射到我們的眼睛，并被視網(wǎng)膜/視神經(jīng)所感覺而"看到"人體;而當(dāng) X射線光照射人體時(shí)，則會(huì)穿透過人體，并在 X光底片上留下透過程度的影像紀(jì)錄，醫(yī)院里給病人做 X光透視就是這樣。

光波具有衍射現(xiàn)象，用光探測(cè)物體或分辨兩物體時(shí)，光的波長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)與物體的大小或兩物體的間距相近或更短。因此，天文學(xué)家要探測(cè)宇宙星球，可以選用無線電波;航空管理者要跟蹤飛機(jī)，可以選用微波(雷達(dá))。而科學(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。

新人工光源帶來人類文明的新進(jìn)步

光是由光源產(chǎn)生的，如太陽(yáng)、蠟燭和電燈。其中太陽(yáng)是天然光源，蠟燭和電燈是人工光源。由于可利用的天然光源所產(chǎn)生的光僅占整個(gè)光家族的很小部分，所以人類一直在努力開發(fā)和利用各種各樣的人工光源。任何一種新人工光源的發(fā)明和利用，都標(biāo)志著人類文明新的進(jìn)步，如倫琴發(fā)明的 X射線、愛迪生發(fā)明的電燈、二次大戰(zhàn)中發(fā)明的微波、20世紀(jì)60年代發(fā)明的激光等，都是人工光源發(fā)展史上的重大里程碑，它們都極大地促進(jìn)了人類文明的進(jìn)步。20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)的同步輻射光源，是被譽(yù)為"神奇的光"的又一種人工光源，它在基礎(chǔ)科學(xué)研究和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)應(yīng)用研究中都有廣泛的用途。

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

"上海光源"發(fā)出的超強(qiáng)X光將對(duì)微觀世界的認(rèn)知帶來一場(chǎng)"成像革命"--它將利用比普通X光機(jī)亮上億倍、強(qiáng)百萬(wàn)倍的同步輻射光對(duì)物質(zhì)進(jìn)行微觀"成像"。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，也就是同步輻射光源。從上世紀(jì)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(guó)際上已經(jīng)建成的20臺(tái)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(guó)、歐洲的有關(guān)設(shè)施。它還將與我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)以及日本、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(gè)量級(jí))。"上海光源"擁有的高強(qiáng)度、高亮度、高穩(wěn)定性等特性，可用以從事生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等多學(xué)科的前沿基礎(chǔ)研究，以及微電子、石油、醫(yī)療診斷等高技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)研究。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80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進(jìn)行。開放共享是大科學(xué)裝置的顯著特點(diǎn)。"上海光源"具有建設(shè)60多條光束線的能力，屆時(shí)可以同時(shí)向上百個(gè)實(shí)驗(yàn)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(jī)時(shí)將超過5000小時(shí)/年。目前，首批7條光束線與實(shí)驗(yàn)站全部完成安裝和調(diào)試，所有60多條光束線計(jì)劃在未來15年內(nèi)完成安裝調(diào)試。"上海光源"已收到全國(guó)78所大學(xué)的301份使用申請(qǐng)，共計(jì)2868個(gè)機(jī)時(shí)段23000個(gè)小時(shí)。如此大規(guī)模的申請(qǐng)，恐怕將'上海光源'明年的機(jī)時(shí)量排進(jìn)去都不夠。

利用上海同步輻射光源的高亮度、短波長(zhǎng)的同步輻射光在空間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將可以進(jìn)行許多前沿學(xué)科的探索。生物學(xué)家依托同步輻射光，能獲得生物大分子的三維結(jié)構(gòu)，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系;而通過對(duì)病毒外殼蛋白、癌癥基因及其表達(dá)物等病原三維結(jié)構(gòu)的詳細(xì)了解，有望設(shè)計(jì)出能與該病原特異結(jié)合的藥物小分子，以阻斷病原對(duì)細(xì)胞的感染，或抑制其致病的功能，這就是基于分子結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)新概念。材料科學(xué)家利用同步輻射光，可以清楚地揭示出材料中原子的精確構(gòu)造和有價(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"，也是設(shè)計(jì)新穎材料的原理來源，所以材料科學(xué)家和他們所服務(wù)的企業(yè)成了第三代同步輻射光源的大用戶。

利用上海同步輻射光源的高亮度、窄脈沖的同步輻射光在時(shí)間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將可以實(shí)現(xiàn)在分子水平上直接觀察生命現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程。對(duì)于生命科學(xué)來說，靜態(tài)地了解生物大分子或生物體的結(jié)構(gòu)只是第一層次的研究，生物大分子或生物體結(jié)構(gòu)變化的實(shí)時(shí)觀察則是更高層次的研究。上海同步輻射光源為這一類動(dòng)態(tài)過程的研究開啟了大門，預(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來，人們將有可能像看電影那樣直接觀察生物大分子之間相互作用的精細(xì)過程，生命科學(xué)的研究將進(jìn)入一個(gè)嶄新的天地。對(duì)于材料科學(xué)來說，上海同步輻射光源將可以使中國(guó)材料科學(xué)家獲得發(fā)生在原子水平的材料形成過程的動(dòng)態(tài)圖像，這些過程包括生長(zhǎng)機(jī)制、相變過程、固態(tài)作用、裂縫擴(kuò)散、高分子聚合物硬變、交界面過程和其他與時(shí)間相關(guān)的過程，它們是發(fā)明優(yōu)秀新材料不可或缺的"源頭信息"。而對(duì)于作為同步輻射光源的基本用戶的化學(xué)科學(xué)來說，上海同步輻射光源將是中國(guó)化學(xué)科學(xué)躋身世界前列的必不可少的現(xiàn)代工具，將使中國(guó)化學(xué)科學(xué)家可以直接觀測(cè)小至1立方微米的化學(xué)樣品在化學(xué)反應(yīng)期間原子的重新排列和位置，跟蹤發(fā)生在快于10-9秒(十億分之一秒)的化學(xué)過程，在最基礎(chǔ)的水平上掌握形成新化學(xué)產(chǎn)品的整個(gè)過程。

利用上海同步輻射光源的高亮度、能量可選的同步輻射光，將大大提高對(duì)生命體內(nèi)結(jié)構(gòu)與形態(tài)的觀察精度。通過同步輻射 X光顯微成像和斷層掃描成像技術(shù)能夠直接獲取活細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖像?；谏虾Ｍ捷椛涔庠磸?qiáng)度高、能量可選的 X射線，發(fā)展起來的"雙色減影心血管造影"新技術(shù)，可以為心血管病的早期診斷提供安全、快速、高清晰的診斷方法。最近，利用第三代同步輻射 X光源射線橫向相干性好的特性，發(fā)展了 X射線相位反襯成像技術(shù)，能夠清晰地拍攝出吸收反襯很弱的軟組織如血管、神經(jīng)等的照片，有望發(fā)展出不需要造影劑的"心血管造影術(shù)"。

利用上海同步輻射光源在空間分辨、時(shí)間分辨上的優(yōu)勢(shì)，將大大促進(jìn)和加快中國(guó)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因組學(xué)研究。在過去的十多年里，基因測(cè)序是生物學(xué)的熱門話題，目前，人類基因組測(cè)序已完成，但這只是生命科學(xué)進(jìn)入新時(shí)代的開端。因?yàn)橐獜母旧险莆丈F(xiàn)象基本規(guī)律，必須了解基因載體---蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構(gòu)，破解其結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。測(cè)定蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的最有效的手段是 X射線蛋白質(zhì)晶體衍射。由于蛋白質(zhì)晶體體積小(幾十個(gè)微米)，且分子數(shù)目少，要求所用的 X射線光具有高亮度。如用 X光機(jī)束測(cè)一套蛋白質(zhì)晶體衍射數(shù)據(jù)的話，需要幾十個(gè)小時(shí);用二代光源，需要幾十分鐘;用第三代光源則只要幾秒鐘。另外，同步光源還具有短脈沖(小于100皮秒)時(shí)間結(jié)構(gòu)，為實(shí)時(shí)觀測(cè)生物分子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過程提供了可能性，將把生命科學(xué)研究帶入一個(gè)嶄新的時(shí)代。

同步輻射光源已經(jīng)成為材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的一種最先進(jìn)的、不可替代的工具，并且在電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、石油工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、生物工程和微細(xì)加工工業(yè)等方面具有重要而廣泛的應(yīng)用。上海同步輻射光源將成為中國(guó)迎接知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代、創(chuàng)立國(guó)家知識(shí)創(chuàng)新體系的必不可少的國(guó)家級(jí)大科學(xué)裝置。

上海同步輻射光源除了具有第三代同步輻射光源共同的特性之外，還具有:⑴高效性:總共將建設(shè)近50條光束線和上百個(gè)實(shí)驗(yàn)站，所有這些實(shí)驗(yàn)站都是為準(zhǔn)確探測(cè)同步輻射光與實(shí)驗(yàn)樣品的各種相互作用而精心設(shè)計(jì)的。首批擬建的7條光束線、實(shí)驗(yàn)站和4個(gè)后備實(shí)驗(yàn)站已于1999年底通過了國(guó)內(nèi)外的專家評(píng)審，它們是:硬 X射線生物大分子晶體學(xué)、硬 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)(X AFS)、硬 X射線高分辨衍射與散射、硬 X射線微聚焦及應(yīng)用、醫(yī)學(xué)應(yīng)用、軟 X射線相干顯微學(xué)、 L IGA及光刻，以及紅外等后備實(shí)驗(yàn)站。今后，上海同步輻射光源將陸續(xù)向廣大用戶提供掃描光電子能譜、掃描透射 X射線顯微、 X射線熒光顯微、 X射線非彈性散射等實(shí)驗(yàn)站。向用戶的供光機(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，日以繼夜地在各自的實(shí)驗(yàn)站上同時(shí)使用同步輻射光。⑵靈活性:上海同步輻射光源可運(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。⑶前瞻性:上海同步輻射光源的科學(xué)壽命至少30年，電子直線加速器同時(shí)用于發(fā)展深紫外區(qū)高增益自由電子激光。