核心提示

　　十九世紀末，愛迪生發明電燈，用電光為(wei) 人類點亮黑夜。 1895年，倫(lun) 琴發現了幾乎可以穿透一切的x射線，推動了基礎學科的革命。二十世紀60年代，梅曼發明了高度平行和高度集中的激光，在光的世界裏第三次給我們(men) 帶來了驚喜。近年來，又一個(ge) 新發現的光源同步輻射光走進科學家的視野，並開始融入人們(men) 的生活。它究竟是一種什麽(me) 樣的光？因為(wei) 它的出現我們(men) 的生活將會(hui) 發生哪些改變？我國同步輻射光發展水平如何？記者就此采訪了專(zhuan) 家。

　　被“甩”出來的強光

　　遼寧日報：人類文明的發展與(yu) 光的利用相生相伴。步入現代社會(hui) 後，科技發展迅猛，人們(men) 對光的探索和利用也更加深入。裴教授，您能為(wei) 我們(men) 簡要介紹一下人造光源都經曆了哪些發展曆程嗎？

　　裴元吉：人類對光的探索經曆了電光、x光、激光、同步輻射光等幾次劃時代的大跨越。十九世紀末，愛迪生給人類帶來了新光明，他發明的電燈驅散了黑暗，將世界點亮。1895年，德國科學家倫(lun) 琴發現了x射線，這是人造光源史上的又一個(ge) 大事件。在近100年的時間裏，這種能夠穿透一切（除了鉛板）的射線大大推動了物理、化學和生物等基礎學科的發展。二十世紀60年代，美國科學家梅曼發明了激光。激光束高度平行和高度集中，能夠使單位麵積上照射的光強增強幾百倍或幾千倍。科學發現是無止境的，繼激光之後，人們(men) 又再一次發現了具有劃時代意義(yi) 、比激光優(you) 點更多的同步輻射光。

　　遼寧日報：同步輻射光是如何形成的呢？

　　裴元吉：在二十世紀40年代，為(wei) 揭開物質微觀結構的奧秘，人們(men) 先後建造了一批粒子加速實驗設備，電子同步加速器就是其中的一種。在電子同步加速器中，一團團高能電子束團先被加速到接近光速的速度，再通過強大的磁場來控製其方向，使之沿著環形真空軌道 “跑圈”。電子束團在“跑圈”通過彎道時，會(hui) 有電磁波沿切線方向被“甩”出來，形成我們(men) 所說的同步輻射。

　　業(ye) 內(nei) 對同步輻射光的產(chan) 生曾有一個(ge) 非常形象的比喻：如果將一塊吸飽了水的海綿用繩子拴住，並把它掄起來甩成圓圈，則海綿中的水會(hui) 沿著圓周切線的方向飛出去。同步輻射產(chan) 生的電磁波就好像是從(cong) 繞圈的電子中被“甩”出來的能量。

　　說起來十分具有戲劇性，最初同步輻射並不受高能物理學家歡迎，因為(wei) 它損耗加速器能量和損害加速器部件，所以被科學家看作一種需要消除的副作用。後來，人們(men) 才了解到同步輻射光是不可多得的好東(dong) 西。

　　遼寧日報：是什麽(me) 讓科學家回心轉意的呢？

　　裴元吉：同步輻射光有很多其他光無法企及的優(you) 點。我覺得最重要的優(you) 點首推它亮度極高 （其亮度比x射線要高100萬(wan) 倍）。用x光機拍攝晶體(ti) 的原子排列缺陷照片,一般需要一兩(liang) 周的感光時間，而同樣的工作換成同步輻射光來做，隻需要十幾秒或者幾分鍾，工作效率可以提高幾萬(wan) 倍。

　　波長覆蓋麵大是同步輻射光的另一個(ge) 優(you) 點。比如在醫療領域，辨認病毒細胞、了解病毒蛋白質和DNA組成、觀察其螺旋結構的分子組成需要不同波長的光，一般光線都不具備不夠廣泛的波長範圍，而同步輻射光具有從(cong) 遠紅外、可見光、紫外直到x射線範圍內(nei) 的連續光譜，因此能夠完成各種不同觀測任務。

　　同步輻射光幾乎是一束平行光，它的發射集中在以電子運動方向為(wei) 中心的一個(ge) 很窄的圓錐內(nei) ，張角非常小，在這一點上它堪與(yu) 激光媲美。

　　化學反應或者材料結構變化時常瞬息萬(wan) 變，使用脈衝(chong) 時間間隔長的光源觀測這些過程，難免對細節有所遺漏，而同步輻射光的脈衝(chong) 間隔可以進行調節，從(cong) 幾十納秒到微秒級別都有可能。這種特性使得它能夠非常有效地幫助人們(men) 捕捉微觀世界的變化過程。

　　正是同步輻射光這些獨特而優(you) 異的性能，捕獲了科學家們(men) 的心。

　　讓微觀世界纖毫畢現

　　遼寧日報：聽了您的講解，我們(men) 感到同步輻射光的確與(yu) 眾(zhong) 不同。看來它的發現對科學界產(chan) 生了很大的影響。

　　裴元吉：是的。它就像一支火炬，照亮了人類科技未曾探索過的許多領域。生命科學領域是同步輻射光較早的應用平台之一。

　　同步輻射光能清晰拍出過去“隱形”的血管、神經等軟組織照片。傳(chuan) 統方法診斷可看到幾毫米，新光源則能細致到微米。這有助於(yu) 更早發現病變，提前介入治療。

　　目前x射線雖能起到很好的成像作用，但因其所含的光線種類較多，且方向相對較散，形成的各種影像重疊在一起，圖像比較模糊。而同步輻射光源方向性較強，即便是人體(ti) 內(nei) 的毛細血管，也能清晰地拍出來。因此，有了同步輻射光源後，醫生若發現病人某部位毛細血管突然增生，就可以有意識地發現腫瘤。另一方麵，同步輻射光源較“純淨”，對人體(ti) 的危害性相對較小。

　　惡性腫瘤是由於(yu) 細胞核內(nei) 控製細胞分裂的基因密碼變異，失去“關(guan) 閉”細胞分裂功能，導致病變細胞的無限製增長形成的。利用同步輻射光的微束技術，人們(men) 可研究基因密碼的變異機製，並尋求診斷和治療辦法。目前國際上已有醫藥公司在同步輻射光源上建設醫學實驗站，以期破解人類大部分致病分子的空間結構，並設計出新藥，攻克癌症。

　　同步輻射光還被廣泛地應用到觀察生命現象的研究中。高亮度與(yu) 脈衝(chong) 時間結構，是同步輻射光的優(you) 秀特性，它們(men) 會(hui) 幫助人們(men) 有機會(hui) 像看電影那樣直接觀察生物大分子之間相互作用的精細過程。

　　此外，醫療領域要研發新藥物，我們(men) 要先揭開致病物質的 “廬山真麵目”，弄清楚它們(men) 的分子及周圍分子的三維結構，才能“對症下藥”設計出抑製或隔離致病分子的藥物分子結構。同步輻射光將大大縮短設計周期，降低設計成本。#p#分頁標題#e#

　　遼寧日報：同步輻射光是否還可以被用來研究那些不能組成生命的物質？

　　裴元吉：當然可以。同步輻射光的應用領域非常寬廣。比如它的高亮度光束可以清楚地揭示材料中原子的精確構造和有價(jia) 值的電磁結構參數等信息，這使得它在新材料的研究及開發方麵大有作為(wei) 。

　　自然災害頻發、生態失衡等，很大程度上是環境汙染造成的。如果未來在分子尺度上，汙染物的形成、遷徙、轉換等複雜過程能夠被破解，環境麵臨(lin) 的威脅將會(hui) 小得多。同步輻射光洞悉物質微觀世界變化的能力，將成為(wei) 環境汙染治理的有力推手。

　　我們(men) 知道光合作用使植物產(chan) 生支持生命的氧氣,使太陽能不斷轉變為(wei) 各種有用的能源,因此破譯光合作用的機製，並將其靈活地運用到生活中，是化學科學的一個(ge) 前沿目標。在同步光源的幫助下，光合作用期間原子排列和化學鍵時間演變的關(guan) 鍵信息,將逐步呈現在科學家麵前。

　　同步輻射光還在凝聚態物理、地球科學、農(nong) 業(ye) 等領域表現非凡，所以有人說誰占有了同步輻射光源技術誰就有可能做出更多的一流科技成果。最近十幾年，已有好幾位科學家因“嫁接”同步輻射光技術與(yu) 生物研究而獲得了諾貝爾獎。

　　科研領域的最佳光源

　　遼寧日報：從(cong) 被發現到今天在各科研領域開花結果，同步輻射光的發展肯定留下了一個(ge) 個(ge) 堅實的腳印吧？

　　裴元吉：是的。同步輻射光發展至今已經經曆了三代變革。

　　曾經，第一代同步輻射光源的電子儲(chu) 存環是為(wei) 高能物理實驗而設計的，隻是“寄生”地利用從(cong) 偏轉磁鐵引出的同步輻射光，故又稱“兼用光源”。後來，根據同步輻射用戶的要求，從(cong) 偏轉磁鐵引出同步輻射的專(zhuan) 門裝置被製造出來，形成第二代同步輻射光源。在看到第二代同步輻射裝置的巨大科研價(jia) 值之後，世界各國政府紛紛支持建造新一代具有更高亮度的第三代同步輻射光源。為(wei) 此，科學家們(men) 將新一代同步輻射光源的電子儲(chu) 存環對電子束發射度和大量使用插入件進行了優(you) 化設計，使電子束發射度比第二代小得多，因此同步輻射光的亮度大大提高 （亮度比最亮的第二代光源至少高 100倍，比通常實驗室用的最好的x光源要亮1億(yi) 倍以上），並且從(cong) 波蕩器等插入件可引出高亮度、部分相幹的準單色光。

　　現在，第三代同步輻射光源已成為(wei) 當今眾(zhong) 多學科基礎研究和高技術開發應用研究的最佳光源。

　　遼寧日報：我國同步輻射光源技術處於(yu) 什麽(me) 樣的水平？

　　裴元吉：同步輻射光源是一種可供開展多項研究活動的大科學裝置，其建造和運行在很大程度上代表一個(ge) 國家的綜合科技水平。我國繼北京第一代同步輻射裝置及合肥第二代同步輻射裝置之後，上海也建造了以大量應用插入件為(wei) 主要標誌的第三代同步輻射裝置。

　　未來，同步輻射裝置將成為(wei) 我國迎接知識經濟時代、創立國家知識創新體(ti) 係的必不可少的國家級大科學裝置。同步輻射光研究事業(ye) 已經成為(wei) 我國科學界的“希望之光”。

　　遼寧日報：謝謝裴教授的講解！

　　本報記者／王 亮

　　專(zhuan) 家檔案

　　裴元吉 國家同步輻射實驗室研究員，博士生導師。曾任加速器工程（8348工程）副總工程師、國家同步輻射實驗室副主任，中國科學技術大學學位委員會(hui) 委員、核技術及應用學位點分學位委員會(hui) 主任、中國粒子加速器學會(hui) 常務理事、加速器技術委員會(hui) 主任等。

　　國家同步輻射實驗室。