10月23日，科研人員走在中國科學技術大學國家同步輻射實驗室裏。從(cong) 2010年8月起，國家同步輻射實驗室開始新一輪重大升級改造，改造後合肥光源整體(ti) 性能將提高近50倍。整體(ti) 改造項目目前進展順利，將於(yu) 年底全麵完工。合肥光源是第三代同步輻射光源之一，同步輻射光源被稱為(wei) 繼電光源、X光源和激光光源之後，第四次為(wei) 人類文明帶來革命性推動的新光源。

　　同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在作曲線運動時沿軌道切線方向發出的電磁輻射，又叫同步光。它會(hui) 使粒子失去能量，曾給盧瑟福的類太陽係原子結構模型帶來困難。1947年，它在電子同步加速器中被首次觀察到，因而被命名為(wei) 同步加速器輻射，簡稱同步輻射。

　　與(yu) 常規的光源相比，同步輻射有許多突出的優(you) 點。它的頻譜寬闊、連續、平滑（從(cong) X射線、紫外、可見光一直延伸到紅外），利用單色器可從(cong) 中選取所需的任何波長的光；它有很好的方向性，光能集中，亮度比普通光源高千倍至百萬(wan) 倍以上；同時它還具有偏振性、脈衝(chong) 性時間結構、高穩定性、高真空的潔淨環境、頻譜可準確計算等優(you) 異特性。光是人類認識自然的最基本的工具，同步輻射是唯一的頻譜範圍如此寬闊的優(you) 質光源，被廣泛應用於(yu) 凝聚態物理學、原子和分子物理學、化學、醫學、材料科學、生命科學、環境科學、能源科學、信息科學技術、超細微加工和輻射計量學等眾(zhong) 多領域，幾十年來碩果累累。正因為(wei) 如此，同步輻射光源是目前世界上數量最多的大科學裝置，它作為(wei) 多學科公用實驗平台，在現代科技發展中的重要地位為(wei) 科學界所公認。

　　同步輻射的應用研究始於(yu) 20世紀60年代，此後經曆了3個(ge) 發展階段，因此現有同步輻射裝置習(xi) 慣上按主要特征分為(wei) 3類：以高能物理實驗為(wei) 主的兼用光源稱為(wei) 第一代光源；以利用彎轉磁鐵產(chan) 生的同步輻射為(wei) 主的專(zhuan) 用光源為(wei) 第二代光源；主要利用插入元件、尤其波蕩器產(chan) 生輻射的高亮度光源為(wei) 第三代光源。按光子能量分類則可分為(wei) X射線光源和真空紫外（指紫外線高能波段）光源兩(liang) 種，後者的頻譜包含軟X射線。不同類別的光源各有特色，互為(wei) 補充，相得益彰，恰當的配合可使其能力得到最高效的發揮。

　　同步輻射通過光束線從(cong) 儲(chu) 存環中導出，然後憑借精密的光學元件選取合適的波長和帶寬並適當聚焦後送入實驗站。科研人員在實驗站測量同步輻射與(yu) 樣品相互作用後的信號（如反射、衍射、散射、透射光譜或樣品原子被光子激發後釋放的電子、離子、熒光等）來研究物質的結構特性，探索微觀世界的奧秘。

1、裝置概況

　　20世紀70年代末，中國科技大學率先提出在國內(nei) 建設電子同步輻射加速器的建議。1983年4月，作為(wei) 第一個(ge) 由國家全額投資興(xing) 建並維持運行的國家級實驗室，中國科技大學國家同步輻射實驗室由原國家計委批準立項。實驗室建設工程總投資8 040萬(wan) 元人民幣，1984年11月動工，1989年出光，1991年12月通過國家驗收。相應的同步輻射裝置稱為(wei) 合肥光源，當時建有5條光束線和實驗站，屬於(yu) 第二代真空紫外光源。

　　合肥光源電子束由電子槍產(chan) 生，經直線加速器加速達到200MeV，再通過束流輸運管道進入儲(chu) 存環。儲(chu) 存環周長66.13m，由許多彎轉磁鐵和直線段組成。電子在儲(chu) 存環中被再次加速到800MeV後作穩定的回旋運動，同時在彎轉磁鐵中發出特征波長約為(wei) 2.4nm（屬於(yu) 軟X射線）的同步輻射。

　　1997年，原國家計委批準“國家同步輻射實驗室二期工程”立項，總投資1.18億(yi) 元人民幣，在原有裝置的基礎上改造了加速器的主要係統，以保證光源的長期、可靠、穩定運行，並新建1台波蕩器、增建8條光束線及相應的實驗站。二期工程是“九五”期間啟動的國家大科學工程之一，於(yu) 1999年5月正式開工建設，2004年12月通過國家驗收。二期工程的勝利完成使合肥光源的運行和實驗研究水平上了一個(ge) 新台階。

　　目前同步輻射實驗室運行情況良好，有14個(ge) 實驗站（其中5條光束線來自插入元件，即國內(nei) 第一台強磁場超導扭擺器和國內(nei) 第一台提供高亮度輻射的多周期波蕩器），主要應用在軟X射線和真空紫外波段，有少量線站使用了硬X射線和紅外波段。

　　2、重點研究領域

　　國家同步輻射實驗室的科研目標以真空紫外和軟X射線波段的同步輻射應用為(wei) 主，重點研究領域包括：

　　化學反應動力學：研究大氣汙染與(yu) 治理，燃燒過程及節能減排的改進方向，臭氧層破壞機理，各種化學反應中在分子水平上的化學鍵斷裂與(yu) 重排等現象，等離子體(ti) 化學和複雜體(ti) 係分析化學等。

　　納米科技：納米材料的表征，以毫秒時間分辨量級的同步輻射新技術對納米物質的生長過程進行原位實時的動力學研究，了解其形成機理，實現對納米材料的結構、形貌、尺寸及性能的調控。

       生命科學：以軟X射線成像（如活體(ti) 生物樣品的二維或三維高分辨顯微成像）、真空紫外光譜等為(wei) 手段，在細胞、亞(ya) 細胞水平上研究細胞病變發生、發展的結構形態變化；原位實時研究細胞和蛋白質複合物在生命活動中的變化規律，蛋白質的生物功能和相互作用的動力學過程，蛋白質複合體(ti) 結構變異、損傷(shang) 與(yu) 複活的機製；分析研究藥物分子、天然生物等複雜體(ti) 係及它們(men) 的相互作用。這些研究將為(wei) 了解重大疾病致病機理、早期診斷和治療機理提供重要信息，為(wei) 新藥的篩選與(yu) 開發提供新的手段。

　　強關(guan) 聯體(ti) 係：在實驗的基礎上歸納電荷？螄自旋？螄晶格？螄軌道相互作用的一般規律，解讀凝聚態物理中若幹與(yu) 強關(guan) 聯現象有關(guan) 的核心問題，如高溫超導機理、金屬？螄絕緣體(ti) 相變機理、納米結構中的自旋相互作用、磁性半導體(ti) 中的自旋注入、多鐵性材料中的自旋？螄電荷耦合機製、量子臨(lin) 界效應等。

　　催化反應機理：原位實時研究若幹與(yu) 能源和環境相關(guan) 的催化體(ti) 係，為(wei) 開發新型高效的工業(ye) 催化劑提供理論指導。

　　表麵和界麵科學：研究有機和無機複雜體(ti) 係的表麵和界麵的相互作用過程，如納米體(ti) 係和蛋白質的相互作用、燃料電池的界麵研究等。

　　材料科學：組合材料製備方法、先進薄膜（稀磁半導體(ti) 、多鐵性材料、低維或量子點材料等）製備及結構性能研究。

　　3、 研究成果和發展規劃

　　自合肥光源對全國用戶開放以來，在若幹重大科學前沿和國家戰略需求方麵取得了多項重大科研成果，發揮了大科學裝置作為(wei) 多學科研究平台的支撐作用，如：

　　中科院大連化學物理所楊學明研究組利用波蕩器高亮度真空紫外光束“發現玻恩？螄奧本海默近似在氟加氘反應中完全失效”，研究成果於(yu) 2007年發表在Science上，並入選“2007年中國十大科技進展”；

　　本實驗室齊飛研究組利用準離子阱技術提高實驗測量的信噪比，並與(yu) 美、德科學家合作，首次實驗發現一係列碳氫化合物燃燒過程的重要中間體(ti) ——烯醇，研究成果於(yu) 2005年作為(wei) 封麵文章發表在Science上；中國科技大學俞書(shu) 宏教授與(yu) 本實驗室田揚超研究員合作，利用同步輻射X射線納米三維成像技術，成功地在室溫、空氣環境下對運用化學法製造的“幾何明星”凹陷Escher型硫化銅十四麵體(ti) 微晶進行了三維成像，直觀地揭示了傳(chuan) 統的形態和結構分析技術難以解析的凹陷Escher型微晶結構。相關(guan) 論文發表在Appl. Phys. Lett.上，並被Nature China作為(wei) 研究亮點加以報道；

　　中科院微電子所利用合肥光源的兩(liang) 次X射線曝光技術，研製成功國內(nei) 第一個(ge) 256位的分子存儲(chu) 器電路；

　　“嫦娥一號”首次飛行任務攜帶的8大載荷之一——“太陽風離子探測器”的紫外光抑製性能測試與(yu) 探測器標定由光譜輻射標準和計量實驗站完成，目前該探測器工作狀態良好；

　　國家同步輻射實驗室的近期目標是：進一步提高機器運行可靠性和光源性能，包括提高光源亮度、實現單束團注入和注入器升能；有選擇地開展原位、實時、動態的實驗研究，實現幾十納秒的時間分辨、幾十納米的空間分辨、幾個(ge) 毫電子伏特的能量分辨的實驗技術；聯合高水平用戶，在前述重點領域中有所作為(wei) 。

　　隨著加速器技術的進步，世界各國對“第四代光源”的探索一直在多方位地推進。新一代光源將以高度相幹的輻射為(wei) 特征，亮度極高和/或脈衝(chong) 極短，可能的選型包括短波長自由電子激光、束流橫向尺寸極小的衍射極限型儲(chu) 存環光源、能量回收型直線加速器驅動的光源，或束團長度極短的紅外相幹光源等。根據同步輻射光源布局總體(ti) 基本合理、中低能波段偏弱的現狀，實驗室正在規劃新一代光源的預研，它將是電子能量為(wei) 1.5 GeV、在真空紫外和部分軟X射線波段達到衍射極限的先進光源，其主要性能優(you) 於(yu) 世界上同一能區所有在運行的光源。在實驗技術上，將在飛秒時間分辨、納米空間分辨、亞(ya) 毫電子伏特能量分辨、ppb超低濃度探測、相幹衍射成像等方麵向世界前沿挺進。

　　通過上述努力，國家同步輻射實驗室將建成世界先進的紅外－真空紫外－軟X射線波段的同步輻射中心、國家交叉科學研究中心及人才培養(yang) 基地，為(wei) 廣大用戶創造在以上波段做出世界一流成果的前所未有的研究機遇。