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[转载]上海光源简介-央视《创新中国》第六集潮起节目

已有 1594 次阅读 2018-4-29 13:42 |个人分类:大科学装置|系统分类:科普集锦| 同步辐射, 上海光源 |文章来源:转载

 中央电视台纪录频道《创新中国》第六集潮起节目低19-24分钟报道了上海光源的简介!

很有意义!


上海光源 (Shanghai Synchrotron Radiation Facility),英文简写为SSRF,是中国重大科学工程,投资逾12亿人民币,2004年12月25日开工,坐落上海张江高科技园区,这是中国至2010年1月20日前规模最大的科学装置。这个科学装置建成后,将对推动中国多学科领域的科技创新和产业升级产生重大作用。上海光源装置由中国科学院上海市共同出资建设,占地约300亩,2009年建成投入应用。


整体结构

上海光源设计为先进的第三代中能同步辐射光源,由一台全能量注入器包括:一台150MeV电子直线加速器、一台周长为180米的能在0.5秒内把电子束从100MeV加速到3.5GeV的全能量增强器和注入/引出系统、一台周长432米的3.5GeV的高性能电子储存环、以及首批建成的7+1沿环外侧分布的同步辐射光束线站和实验站组成。

上海光源储存环平均流强300mA,最小发射度4纳米弧度,束流寿命大于10小时。配以先进的插入件后,可在用户需求最集中的光子能区(0.1-40keV)产生高通量、高耀度的同步辐射光,光子亮度大于1019。储存环共有40块弯转二极磁铁、16个6.5米的标准直线节和4个12米的超长直线节,具有安装26条插入件光束线、36条弯铁光束线和若干条红外光束线等共60多条光束线的能力,它可同时为近百个实验站供光。首批建造的5条基于插入件的光束线站,分别是生物大分子晶体学线站、XAFS线站、硬X射线微聚焦及应用线站、X射线成像与生物医学应用线站、软X射线扫描显微线站;2条基于弯转磁铁的光束线站分别是高分辨衍射线站和X射线散射线站。此外,还将建造一个基于软X射线光束线的X射线干涉光刻分支线站。

每年供光机时将超过5000小时,每天可容纳几百名科研人员,在各自的实验站上,使用同步辐射光进行多学科前沿研究和高新技术开发应用。

电子储存环

在这个硕大的圆形装置中,全能量注入器提供电子束并使其加速到所需能量,无数电

上海光源

上海光源(16张)

 子束以接近光的速度在闭合环形的真空电子储存环中运行,并在拐弯时放出同步辐射光。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心,它的性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。为了保证向用户提供在空间位置上高度稳定的同步辐射光,电子束轨道的稳定需要被控制在微米量级。



光束线

光束线沿着电子储存环的外侧分布,它起着用户实验站与电子储存环之间的桥梁作用。也就是说这道“光闸”将从电子储存环引出的同步辐射光束“条分缕析”出从远红外到硬X射线等不同波长的同步射光,并按用户要求进行准直、聚焦等再加工,然后输送到用户实验站。 [1] 

辐射防护

上海光源工程采取了多项措施防护高强度、高亮度的X射线辐射。围绕着周长432米的储存环外围,工程建造了1米多厚钢筋水泥的屏蔽围墙,局部地区进行了屏蔽加厚;在屏蔽墙之外、X射线被引出所到达的用铅做成的光学棚屋和实验棚屋,因为X射线无法穿透铅。

为确保光源开机后实验环内无人,除了采用视频监控、广播通知、响铃、闪灯等提示外,上海光源的运行部门还会派专人进行安全搜索;上海光源实验装置内安装了上百个紧急按钮,开机后按任何一个按钮,机器就会立即切断电源,停止产生X射线,保证人身安全,这一安全控制系统采用的是国际安全标准。每次停机检修的时候,上海光源也规定要先通风40分钟后,通过辐射剂量仪的安全检测后,才能进去检修。

在上海光源工程所在的上海应用物理所园区内,总共还安装了52对中子与伽玛线探测器,建立了一个对光源工程周围环境的专用辐射监测网。

目前,上海光源的实验大厅辐射水平保持在上海的本底状态。进入大厅进行光源实验的科研人员,将全部佩戴一个如口哨般大小的“个人辐射剂量计”,工作人员定期检查这个仪器所记录的辐射剂量,对每位实验者的辐射剂量建立个人档案,并专门建立一个数据库。

此外,上海应用物理所还制定了一套完善的辐射安全管理制度,并编制了专门的教材,对每位光源用户进行上岗前的安全培训。每条线站的负责人对用户实验样品的安全性,也都要事先进行严格检查。

SRF已经成为生命科学、材料科学、环境科学、地球科学、物理学、化学、信息科学等众多学科研究中不可替代的先进手段和综合研究平台,也是微电子、制药、新材料、生物工程、精细石油化工等先进产业技术研发的重要手段。还将直接带动中国电子工业、精密机械加工业、超大系统自动控制技术、高稳定建筑技术,以及其它相关工业的快速发展。

生命科学

科学家利用上海光源装置,可破解生物大分子三维结构,快速测定蛋白质三维晶体结构,为正在到来的“后基因组时代”生命科学研究创造优良条件,使中国生命科学迅速进入结构分子生物学的世界前列,并从“源头”上促进中国医学、制药和生物技术产业的创新发展。

利用上海光源的X光显微成像和断层扫描成像技术,可直接获取亚细胞结构图像,给中国科学家提供全新的生命动态视野,这可能成为21世纪初中国生命科学的光辉里程碑

材料科学

用上海光源中的高亮度X射线光束,可揭示材料中原子的精确构造,以便设计出更多丰富人们生活的新颖材料。

医学

用上海光源中的双色减影心血管造影技术,可为心血管疾患作快速清晰的早期诊断。

微电子

利用上海光源中的X射线深度刻蚀光刻技术, 可制造肉眼难以看清的微型马达、微型齿轮、微型传感器、微型泵阀,以及微型医用器件等。工程师们还可以利用强大光速,完成对超大规模集成电路的“精雕细刻”。 [4] 

截至2015年12月,上海光源首批7条线站共开机提供182123小时用户实验机时,支持课题近7000个。来自365家高校、科研院所、医院和公司的1938个研究组的12674名用户在这里开展实验,并取得了丰硕的成果。

应用前景

编辑

同步辐射为许多前沿学科领域的研究提供了一种最先进又不可替代的工具。利用同步辐射实验技术开展实验研究所涉及的学科之众多,应用的领域之广泛,是其它大科学装置无法比拟的。

生命科学和医药学与人类健康生活息息相关,也是同步辐射光得到广泛应用的重要领域。同步辐射X射线衍射方法是当前测定生物大分子结构的最有力手段,是研究生命现象与生物过程的利器。英国科学家J. Walker和美国科学家R. Mackinnon籍助同步辐射研究生物分子的结构与功能,取得了突破性的成就,先后荣获1997年度和2003年度诺贝尔化学奖。研究病毒以及病毒与人体内发生作用的生物分子的结构,对于弄清病毒的致病机理与过程至关重要,利用这些结构信息有针对性地进行药物设计、合成与筛选,可以大大加快新药物研制的进程。利用这种方法,国外已成功研制出用于治疗艾滋病的药物,对于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年中国出现SARS疫情后不久,中国科学家就利用同步辐射光成功测定了SARS病毒主蛋白酶的结构,为研制抵御SARS病毒的药物提供了重要信息。在医学诊断方面,同步辐射光也展示出了非常重要的应用前景。心血管疾患常导致突发性死亡,是威胁人类生命的主要疾病之一。采用同步辐射光源X射线的造影技术可以实现安全、高清晰的心血管成像,为心血管疾病的早期诊断提供安全、快速的诊断方法。在肿瘤诊断方面,利用同步辐射光的高分辨特点,可以发现很小的肿瘤,实现肿瘤的早期诊断以提高肿瘤的治愈率。

材料科学是支撑高技术经济发展必不可少的基础,未来的技术革命将在很大程度上取决于新型材料的发明,例如半导体、高分子聚合物、合金、陶瓷、超导材料、复合材料、金属玻璃以及纳米材料等,这些具有异乎寻常性能的新型材料将在计算机、信息、通讯、航空航天、机器人、医药、微机电和能源等新兴产业中获得越来越广泛的应用。利用上海光源所产生的高亮度同步辐射光束,可以揭示材料中原子的精确构造和得到有价值的电磁结构参数等信息,它们既是理解材料性能的"钥匙",也隐含着发明新颖材料的原理来源。

人类赖以生存的自然环境是脆弱的,资源也是有限的。环境污染、生态失衡、资源短缺、地球变暖和自然灾害等,都对人类的生存构成了直接威胁,地球和环境科学面临的许多挑战正成为世界性的课题。分子环境科学以同步辐射X射线谱学技术作为主要分析手段,能在分子水平上描述环境污染物的形态,研究污染物的迁移和转化的复杂化学过程,从而评估污染风险和确定污染治理方案。而基于分子环境科学所建立起来的受环境污染植物的修复技术,以其自然、生态、绿色的特点而越来越受到重视与欢迎,可望产生重大的社会效益和经济效益。在地球科学研究方面,利用高亮度同步辐射X射线作为微探针,将能够深入地了解地壳深处和地幔中矿物的演变和转化,对于矿床地质、矿物、岩石、探矿以及地球化学研究起着重要的作用。

微电子机械系统(MEMS)是一种高智能度、高集成度的系统。科学家预言,20年后MEMS产出的社会和经济效益将相当于今天微电子技术所产生的。在微细加工技术中,利用同步辐射X光深度光刻技术,已经研制出微型传感器、微型光电部件、微型马达、微型齿轮、微电子开关和微型喷嘴等,同步辐射光将在MEMS制造技术开发方面将发挥重要作用。随着集成电路的集成度越来越高,科学界预计,对线度在几十纳米及以下的集成电路,同步辐射光刻技术将有可能成为主要的光刻手段。

在石化及化学工业中,催化剂起着核心作用,对产出有重要影响。利用同步辐射光可以研究催化机理和催化剂的特性,这有助于研究发明新型催化剂,其结果直接影响到石油化工的效率和产出。在高分子材料改性和开发研究方面,同步辐射光所起的作用受到越来越多的关注。移动通讯和便携式电脑市场的迅猛发展导致对质轻、价低、续航时间长的可充电电池的需求激增,各国的制造商正在为掌握新的电化学反应以开发高性能的电池而陈兵鏖战,而同步辐射光正是他们手中的新式武器。

在许多其它产业研发与检测方面,如超大规模集成电路中硅晶片中的痕量杂质探测分析、飞机发动机和航天器的疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等,同步辐射光都将大显其非凡身手。


http://jishi.cctv.com/special/cxzg/sy/index.shtml


https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%8A%E6%B5%B7%E5%85%89%E6%BA%90/10555430



http://blog.sciencenet.cn/blog-625327-1111517.html

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