同步輻射加速器

同步輻射加速器是產生帶電粒子同步輻射的加速設備。帶電粒子在運動速度接近光速（v≈c）在電磁場中偏轉時，由於相對論效應，沿運動的切線方向發出的一種電磁輻射被稱為同步輻射。同步輻射是天體物理中的一種重要輻射機制，同步輻射加速器的先進性也是衡量一個國家基礎物理學發展領先水平的一個設備指標之一。

基本介紹

• 中文名：同步輻射加速器
• 類別：加速設備
• 意義：衡量國家基礎物理學發展水平指標
• 功能：產生第二代同步輻射光源

中國

同步輻射加速器主要用於產生第二代同步輻射光源，利用電子在圓形軌道中的運動，發出單色光。

中國國家同步輻射實驗室

我國的同步輻射加速器建立在中國科學技術大學校內。 國家同步輻射實驗室坐落在安徽合肥中國科技大學西校園中，這是國家計委批准建設的我國第一個國家級實驗室。實驗室擁有的同步輻射光源是目前國內高校中唯一一台大科學裝置和國家級實驗研究平台。

國家同步輻射實驗室建有我國第一台以真空紫外和軟X射線cvnbd為主的專用同步輻射光源。其主體設備是一台能量為800MeV、平均流強為100~300mA的電子儲存環，用一台能量200MeV的電子直線加速器作注入器。來自儲存環彎鐵和扭擺磁鐵的同步輻射特徵波長分別為2.4nm和0.5nm。

國家同步輻射實驗室一期工程1984年11月20日破土動工，1989年建成出光，1991年12月通過國家驗收，總投資8,040萬元人民幣。1999年國家又投資11,800萬元人民幣進行國家同步輻射實驗室二期工程建設，2004年12月二期工程通過國家驗收。

國家同步輻射實驗室現建有X射線光刻、紅外與遠紅外、高空間分辨X射線成像、X射線衍射與散射、擴展X光吸收精細結構、燃燒、X射線顯微術、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、光譜輻射標準與計量等15條光束線和相應的實驗站。國家同步輻射實驗室是向國內外用戶開放的國家級共用實驗室，現有註冊用戶150餘家。

歐洲

歐洲同步輻射加速器（右圖）位於法國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、得天獨厚。格勒諾貝爾市是法國重要的科研和高技術工業城市，是阿爾卑斯山的“大門”，流經該市的兩條大河在西北郊匯合，歐洲同步加速器就駐紮在這兩條河之間的“半島”上。格勒諾布爾市的人口包括郊區約40萬。1968年，第十屆冬季奧運會在此舉行。工業、教科和旅遊業是格勒諾布爾市的三大經濟支柱，它的電子和計算機工業具有相當規模，號稱“法國矽谷”。

同步加速器屬於大型科研設備，建造、運行的投資都很高。歐洲12個國家於1988年達成協定，共同投資建造第三代同步輻射加速器，共耗資2.2億法郎。該加速器於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研究以及工業研究，提供了強有力的科研手段。每年申請前來利用同步輻射進行各種套用科學研究的科學家多達6000人，但只有2000人獲準。

歐洲同步加速器主要由一個線性加速器（右圖）、周長300米的同步加速器和周長844米的電子束儲存環組成，被加速的電子束在儲存環中經過磁結構諧振器的振盪，發出大量高精度的光束。該加速器的輸出光線初建時有12條，截至2009年發展到40條（左圖），每年來自世界40多個國家的研究人員使用該設備提供的高質量光源，研究物質的原子、分子結構。特別令這裡的專家們自豪的是，它是世界上性能最可靠的一台加速器，運行至今從未發生過故障，成為世界上性能最好、用戶最多、科研人員藉助它出成果最多，即發表研究論文最多的X射線輻射光源。

第三代同步輻射加速器不僅是基礎科研必需的大型科研設備，而且具有極強的套用科研背景，其建設對一個大國的科研和經濟發展都具有良好的推動作用：在項目的建設中，科技人員與工業技術人員密切配合，攻克建造中的難關，不僅推動了技術的進步，而且刺激了經濟的發展；建成以後，科學和工業界均得益——物理學、化學、地質科學、材料科學等學科有了重要的研究工具；工業界也利用這裡實驗室複製工業生產環境的能力，研究產品性能、提高產品質量。

美國

在美國，許多大企業甚至積極參與同步輻射加速器建設的投資，或者長年租用光束線開展實驗。歐洲的情況比美國差一些，但是也有很多製藥、化妝品、食品、建築、冶金、微電子等行業的大企業申請到這裡來做實驗，如阿旺第斯製藥公司、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行費用是7000萬歐元，投資來源是17個歐洲國家、歐盟的一些研究項目經費、以及企業實驗投資。每年在加速器上做實驗的項目有5000多個，實驗室聘請實驗室以外、來自世界各地的專家每年兩次對申請項目進行評審、篩選。

項目一旦入選，加速器運行費投資國的專家到這裡做實驗的所有費用，包括國際旅費、在格勒諾貝爾的吃、住、行以及實驗費用都由實驗室提供；投資國以外國家的專家則僅可以免費在這裡做實驗。“免費”的前提是，實驗結果論文必須公開發表。因此，世界上50多台同步加速器，這裡是發表論文最多的地方。企業也可申請在這裡做實驗，但因為結果是保密的，所以必須付費。

科學家們在這裡取得了許多重要成果，如：用同步輻射衍射光對納米技術、特別是光電子技術發展有潛在套用價值的、物質表面晶體生長過程中產生的納米級量子阱的體積（基底寬度、高度）的測量；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度的蜘蛛網絲的組成結構；用同步輻射的高亮度光束研究酵母鋸蛋白的結晶體結構，以更好地了解導致人類克雅氏病、瘋牛病的鋸蛋白的原子機理；用同步輻射X成像技術研究雪花的三維多孔結構，以發展預測雪崩的技術；多孔的沸石在工業中套用非常廣泛，可用於過濾垃圾、精煉溶劑或清洗劑，石油工業對它能夠激發催化反應的特性尤其感興趣——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反應機器，微電子工業則認為它能夠孤立“量子”納米粒子的能力非常有用，高質量的同步輻射光使科學家能夠精確地了解活性區域的位置和運轉情況……

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，其他兩家是美國的APS和日本的Spring-8。

其它地區

至今為止，世界上90%的生物大分子結構是通過這種同步輻射光了解的。因此，在目前非常紅火的功能蛋白學研究中，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，歐洲分子生物學實驗室(EMBL)（以研究生物分子結構見長）、洛·蘭仕凡研究所(ILL)（世界最重要的中子源產生地）、結構生物學研究所（法國最著名的結構生物學研究所之一，專家來自法國國家科研中心和原子能委員會）一起，結成結構生物學研究夥伴，專門研究用於醫學目的的蛋白結構。

世界上其他已開發國家也開始逐漸自己的同步輻射裝置，分布如下：

國家	同步輻射實驗室	類型
美國	NSLS布魯克海文國家實驗室	2
	ALADDIN威斯康星同步輻射中心	2
	SPEAR斯坦福直線加速中心	3
	ALS勞倫斯貝克萊國家實驗室	3
	APS阿貢國家實驗室	3
德國	HASLAB,DESY,漢堡	2
	BESSY 柏林，物理技術所	3
	DELTA 多特蒙德	3
	ELSA 波恩大學	1
俄羅斯	VEPP, 新西伯利亞核物理研究所	1
	Siberia, 莫斯科原子能所	2
英國	SPS, Daresbury, 達累斯堡	2
義大利	ADONE 弗拉絲卡地	2
	ELETTRA 的里亞斯特	3
日本	Spring-8 西播摩同步輻射研究所	3
	PF筑波，高能物理研究所	2
韓國	PLS 漢城浦項同步輻射光源	3
法國	ESRF, 格勒諾布爾	3
	DCI, Lure, 奧塞	2

另外還有印度、巴西、澳大利亞、西班牙、加拿大、荷蘭、瑞士、泰國、新加坡等國家均建有同步輻射光源實驗室。