同步輻射加速器中國(guó)

同步輻射加速器主要用于產(chǎn)生第二代同步輻射光源，利用電子在圓形軌道中的運(yùn)動(dòng)，發(fā)出單色光。

我國(guó)的同步輻射加速器建立在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)校內(nèi)。 國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室坐落在安徽合肥中國(guó)科技大學(xué)西校園中，這是國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)建設(shè)的我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室擁有的同步輻射光源是國(guó)內(nèi)高校中唯一一臺(tái)大科學(xué)裝置和國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)。

國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室建有我國(guó)第一臺(tái)以真空紫外和軟X射線cvnbd為主的專用同步輻射光源。其主體設(shè)備是一臺(tái)能量為800MeV、平均流強(qiáng)為100~300mA的電子儲(chǔ)存環(huán)，用一臺(tái)能量200MeV的電子直線加速器作注入器。來(lái)自儲(chǔ)存環(huán)彎鐵和扭擺磁鐵的同步輻射特征波長(zhǎng)分別為2.4nm和0.5nm。

國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室一期工程1984年11月20日破土動(dòng)工，1989年建成出光，1991年12月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，總投資8,040萬(wàn)元人民幣。1999年國(guó)家又投資11,800萬(wàn)元人民幣進(jìn)行國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室二期工程建設(shè)，2004年12月二期工程通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。

國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)建有X射線光刻、紅外與遠(yuǎn)紅外、高空間分辨X射線成像、X射線衍射與散射、擴(kuò)展X光吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)、燃燒、X射線顯微術(shù)、原子與分子物理、真空紫外分析、表面物理、軟X射線磁性圓二色、光電子能譜、真空紫外光譜、光聲與真空紫外圓二色光譜、光譜輻射標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量等15條光束線和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)站。國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室是向國(guó)內(nèi)外用戶開放的國(guó)家級(jí)共用實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)有注冊(cè)用戶150余家。

歐洲同步輻射加速器（右圖）位于法國(guó)東南城市格勒諾貝爾，是世界上首座第三代同步輻射加速器。它所在的位置可謂山清水秀、得天獨(dú)厚。格勒諾貝爾市是法國(guó)重要的科研和高技術(shù)工業(yè)城市，是阿爾卑斯山的“大門”，流經(jīng)該市的兩條大河在西北郊匯合，歐洲同步加速器就駐扎在這兩條河之間的“半島”上。格勒諾布爾市的人口包括郊區(qū)約40萬(wàn)。1968年，第十屆冬季奧運(yùn)會(huì)在此舉行。工業(yè)、教科和旅游業(yè)是格勒諾布爾市的三大經(jīng)濟(jì)支柱，它的電子和計(jì)算機(jī)工業(yè)具有相當(dāng)規(guī)模，號(hào)稱“法國(guó)硅谷”。

同步加速器屬于大型科研設(shè)備，建造、運(yùn)行的投資都很高。歐洲12個(gè)國(guó)家于1988年達(dá)成協(xié)議，共同投資建造第三代同步輻射加速器，共耗資2.2億法郎。該加速器于1994年開始啟用，電子束能量為60億電子伏特，為歐洲乃至世界的科學(xué)研究以及工業(yè)研究，提供了強(qiáng)有力的科研手段。每年申請(qǐng)前來(lái)利用同步輻射進(jìn)行各種應(yīng)用科學(xué)研究的科學(xué)家多達(dá)6000人，但只有2000人獲準(zhǔn)。

歐洲同步加速器主要由一個(gè)線性加速器（右圖）、周長(zhǎng)300米的同步加速器和周長(zhǎng)844米的電子束儲(chǔ)存環(huán)組成，被加速的電子束在儲(chǔ)存環(huán)中經(jīng)過(guò)磁結(jié)構(gòu)諧振器的振蕩，發(fā)出大量高精度的光束。該加速器的輸出光線初建時(shí)有12條，截至2009年發(fā)展到40條（左圖），每年來(lái)自世界40多個(gè)國(guó)家的研究人員使用該設(shè)備提供的高質(zhì)量光源，研究物質(zhì)的原子、分子結(jié)構(gòu)。特別令這里的專家們自豪的是，它是世界上性能最可靠的一臺(tái)加速器，運(yùn)行至今從未發(fā)生過(guò)故障，成為世界上性能最好、用戶最多、科研人員借助它出成果最多，即發(fā)表研究論文最多的X射線輻射光源。

第三代同步輻射加速器不僅是基礎(chǔ)科研必需的大型科研設(shè)備，而且具有極強(qiáng)的應(yīng)用科研背景，其建設(shè)對(duì)一個(gè)大國(guó)的科研和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有良好的推動(dòng)作用：在項(xiàng)目的建設(shè)中，科技人員與工業(yè)技術(shù)人員密切配合，攻克建造中的難關(guān)，不僅推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步，而且刺激了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；建成以后，科學(xué)和工業(yè)界均得益——物理學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科有了重要的研究工具；工業(yè)界也利用這里實(shí)驗(yàn)室復(fù)制工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的能力，研究產(chǎn)品性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

在美國(guó)，許多大企業(yè)甚至積極參與同步輻射加速器建設(shè)的投資，或者長(zhǎng)年租用光束線開展實(shí)驗(yàn)。歐洲的情況比美國(guó)差一些，但是也有很多制藥、化妝品、食品、建筑、冶金、微電子等行業(yè)的大企業(yè)申請(qǐng)到這里來(lái)做實(shí)驗(yàn)，如阿旺第斯制藥公司、歐萊雅化妝品公司等。

截至2009年，歐洲同步輻射加速器每年的運(yùn)行費(fèi)用是7000萬(wàn)歐元，投資來(lái)源是17個(gè)歐洲國(guó)家、歐盟的一些研究項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、以及企業(yè)實(shí)驗(yàn)投資。每年在加速器上做實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目有5000多個(gè)，實(shí)驗(yàn)室聘請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室以外、來(lái)自世界各地的專家每年兩次對(duì)申請(qǐng)項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)審、篩選。

項(xiàng)目一旦入選，加速器運(yùn)行費(fèi)投資國(guó)的專家到這里做實(shí)驗(yàn)的所有費(fèi)用，包括國(guó)際旅費(fèi)、在格勒諾貝爾的吃、住、行以及實(shí)驗(yàn)費(fèi)用都由實(shí)驗(yàn)室提供；投資國(guó)以外國(guó)家的專家則僅可以免費(fèi)在這里做實(shí)驗(yàn)?！懊赓M(fèi)”的前提是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果論文必須公開發(fā)表。因此，世界上50多臺(tái)同步加速器，這里是發(fā)表論文最多的地方。企業(yè)也可申請(qǐng)?jiān)谶@里做實(shí)驗(yàn)，但因?yàn)榻Y(jié)果是保密的，所以必須付費(fèi)。

科學(xué)家們?cè)谶@里取得了許多重要成果，如：用同步輻射衍射光對(duì)納米技術(shù)、特別是光電子技術(shù)發(fā)展有潛在應(yīng)用價(jià)值的、物質(zhì)表面晶體生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的納米級(jí)量子阱的體積（基底寬度、高度）的測(cè)量；用縮微同步輻射光束研究在常溫、常壓下合成具有溶水性和極好的韌性及強(qiáng)度的蜘蛛網(wǎng)絲的組成結(jié)構(gòu)；用同步輻射的高亮度光束研究酵母鋸蛋白的結(jié)晶體結(jié)構(gòu)，以更好地了解導(dǎo)致人類克雅氏病、瘋牛病的鋸蛋白的原子機(jī)理；用同步輻射X成像技術(shù)研究雪花的三維多孔結(jié)構(gòu)，以發(fā)展預(yù)測(cè)雪崩的技術(shù)；多孔的沸石在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛，可用于過(guò)濾垃圾、精煉溶劑或清洗劑，石油工業(yè)對(duì)它能夠激發(fā)催化反應(yīng)的特性尤其感興趣——在其小孔中加入碳水化合物分子，沸石就成為具有選擇性的化學(xué)反應(yīng)機(jī)器，微電子工業(yè)則認(rèn)為它能夠孤立“量子”納米粒子的能力非常有用，高質(zhì)量的同步輻射光使科學(xué)家能夠精確地了解活性區(qū)域的位置和運(yùn)轉(zhuǎn)情況……

歐洲同步加速器是全球三大第三代同步輻射光源中心之一，其他兩家是美國(guó)的APS和日本的Spring-8。

至今為止，世界上90%的生物大分子結(jié)構(gòu)是通過(guò)這種同步輻射光了解的。因此，在非常紅火的功能蛋白學(xué)研究中，歐洲同步輻射加速器有著非常重要的作用。從2003年開始，歐洲同步加速器與其毗鄰的，歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室(EMBL)（以研究生物分子結(jié)構(gòu)見(jiàn)長(zhǎng)）、洛·蘭仕凡研究所(ILL)（世界最重要的中子源產(chǎn)生地）、結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所（法國(guó)最著名的結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所之一，專家來(lái)自法國(guó)國(guó)家科研中心和原子能委員會(huì)）一起，結(jié)成結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究伙伴，專門研究用于醫(yī)學(xué)目的的蛋白結(jié)構(gòu)。

世界上其他發(fā)達(dá)國(guó)家也開始逐漸自己的同步輻射裝置，分布如下：

另外還有印度、巴西、澳大利亞、西班牙、加拿大、荷蘭、瑞士、泰國(guó)、新加坡等國(guó)家均建有同步輻射光源實(shí)驗(yàn)室。2100433B

電子同步加速器主要用于研究光核反應(yīng)和介子物理等。在40年代就發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電子同步加速器中的高能電子速度接近光速時(shí)，因相對(duì)論效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生光輻射——同步輻射。幾乎所有的電子同步加速器都兼有同步輻射作用。有的專門用于產(chǎn)生同步輻射，有的國(guó)家還建造產(chǎn)生光輻射的“光子工廠”。同步輻射是連續(xù)光譜，輻射強(qiáng)度高、準(zhǔn)直性好、亮度大，且是天然偏振光，在輻射過(guò)程中不產(chǎn)生其他粒子，可實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)射以及可準(zhǔn)確計(jì)算光能量，因此是一種理想的標(biāo)準(zhǔn)光源，在原子物理學(xué)、表面物理學(xué)、分子物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量等方面有廣泛的應(yīng)用。