同步輻射國家實驗室（中國科學技術大學）

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。

基本介紹

• 中文名：同步輻射國家實驗室（中國科學技術大學）
• 地址：安徽合肥中國科技大學西校園
• 類型：國家級實驗研究平台
• 創建時間：1991年12月

簡要概況

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。

儀器設備

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。

歷史沿革

20世紀70年代末，中國科學技術大學在國內率先提出建設電子同步輻射加速器。1977年同步輻射裝置的建造列入全國科學技術發展規劃。1978年春中科院決定成立以中國科學技術大學為主的同步輻射加速器籌備組，並於當年三月在合肥召開了第一次籌備工作會議，討論了我國建造電子同步輻射加速器的初步方案，象徵著我國同步輻射事業的正式啟動。

在隨後幾年的預研製過程中，工程人員製成了一段30MeV的電子直線加速器、一塊彎轉磁鐵、一塊四極磁鐵及一個儲存環的超高真空系統，以及物理設計，取得了良好的結果和第一手的經驗，為後面的工程打下了堅實的基礎。

1981年10月，中科院在合肥召開了“合肥同步輻射裝置預研製及物理設計審定會”，會議認為合肥同步輻射裝置已基本進入工程的條件。

1983年，國家計委以計科1983年470號文《關於建設國家同步輻射實驗室的復函》批准了在中國科學技術大學籌備國家同步輻射實驗室，國家同步輻射實驗室正式立項。這是國家計委批准建設的我國第一個國家級實驗室。

1984年，國家計委以計科（外）1984年2033號文《關於合肥同步輻射實驗室擴初設計的批覆》批准了該工程的主體工程建設規模為建造一台能量為8億電子伏的同步輻射光源及相應的實驗設施，總投資5990萬元（含350萬美元），並列入按合理工期組織施工的國家重點項目。

國家計委批准的國家同步輻射實驗室擴初設計中確定了電子儲存環的能量為800MeV、平均流強為100～300mA，用一台能量為200MeV、脈衝流強為50mA的電子直線加速器作為注入器。並明確與加速器建設的同時，建造5條光束線及5個實驗站，它們分別是：光電子能譜光束線實驗站、分時光譜光束線實驗站、軟X射線顯微術光束線實驗站、X射線光刻光束線實驗站。

1988年，國家同步輻射實驗室的土建工程基本完工。

1989年3月加速器的所有部件都已安裝就位並經過局部和分系統的調試，同年4月開始聯調，25日開始注入儲存環，僅經過23小時便得到第一個儲存束流。

1989年光束線實驗站開始安裝，1991年8月完成所有光束線實驗站的安裝調試工作，同年9月開始用同步光進行調試，並開展實驗研究工作。

1991年12月22日至23日，由國家科委組織，王淦昌任主任的鑑定委員會對合肥同步輻射加速器及光束線實驗站進行技術鑑定。鑑定委員會認為由我國自行設計、研製建成的合肥同步輻射加速器的主要性能指標已達到國際上同類加速器的先進水平，已建成的五條同步輻射光束線和五個實驗站的主要性能指標已基本達到國際水平。

1991年12月26日，國家同步輻射實驗室工程順利通過了國家計委組織的國家驗收。國家驗收委員會高度評價國家同步輻射實驗室工程的建設者們圓滿地完成了工程建設任務。

1993年4月，NSRL正式對國內外開放，建有6條光束線和6個實驗站，可廣泛用於開展物理、化學、材料科學、生命科學、信息科學、力學、地學、醫學、藥學、農學、環境保護、計量科學、X射線光刻和超微細加工等基礎研究和套用研究。

1994年2月，由錢臨照、唐孝威兩位院士發起，王淦昌、謝希德、謝家麟、馮端、盧嘉錫等34位院士聯合向有關部門提出《關於集中力量全面建設、充分利用合肥國家同步輻射光源的建議》，中國科技大學也正式向國家有關部門提出建造國家同步輻射實驗室二期工程（簡稱二期工程）的申請。

1996年，國家科技領導小組批准二期工程作為“九五”的首批國家重大科學工程項目之一啟動。國家計委分別以計科技1997年557號文和1503號文對二期工程項目建議書和可行性研究報告批覆中國科學院，同意以中國科技大學為依託建設“國家同步輻射實驗室二期工程”國家重大科學工程項目，總投資11,800萬元人民幣。

1997年4月8日，國家計委批覆了NSRLII項目建議書（計科技（1997）557號文）。

1997年8月29日，國家計委批覆了可行性研究報告（計科技（1997）1503號文）。

1998年7月8日，國家計委批覆了初步設計報告（計投資（1998）1301號文）。

1999年4月15日，國家發展計畫委員會以計投資1999年416號文《國家計委關於國家同步輻射實驗室二期工程開工建設的批覆》同意二期工程開工建設。 二期工程的技術目標是：在充分保證機器主體長期、可靠、穩定運行，大幅度提高光源積分流強、亮度和穩定性的基礎上，新建1台波盪器插入元件，增建8條新光束線和相應8個實驗站。竣工後，合肥光源的潛力得到更充分的發揮，將作為性能優秀、穩定可靠、部分指標相當先進的中低能區同步輻射光源，長期處於國際上同類裝置的一流水平。

1999年，NSRLII完成了水冷系統冷卻塔的更新改造，空調系統熱交換器等附屬設備投入運行，輻射場監測系統通過調試開始試運行。加速器各子系統改造的主要元件及樣機研製與測試多已順利完成並通過了驗收。注入系統完成了衝擊磁鐵磁塊分組測試、脈衝電源組裝、陶瓷真空盒部分測試。儲存環真空系統、電源系統的環主電源、控制系統的相關控制軟體、高頻系統的新高頻機、束測系統的部分組件、波盪器單磁塊測量系統等改造或研製均已完成。

1999年12月12日，來自中科院高能所、物理所、電工所、上海同步輻射裝置、清華大學、復旦大學的9位教授、研究員組成的專家組，對6萬高斯超導扭擺磁鐵及XAFS光束線、站進行了技術鑑定。會議聽取了研製報告、測試結果報告，審閱了全部資料，並進行了現場考察。專家組認為：6萬高斯超導扭擺磁鐵是一項技術複雜的項目，在我國是首次研製，其綜合性能在國際同能區的裝置中已居領先地位。該扭擺磁鐵安裝調試成功，使工作能區擴展到硬X射線領域，具有重要的科學意義。XAFS線、站的主要性能均達到設計指標，光束線的解析度和光斑的穩定性達到國際上同類裝置的水平，提供用戶使用後獲得了良好的實驗結果。

1999年12月19日，NSRL第二屆用戶委員會第一次會議在合肥召開。會上宣讀了經中科院批准的新一屆用戶委員會名單，簡要介紹了二期工程的進展情況、實驗室現狀和下年度用光計畫。委員們肯定了NSRL為用戶做的工作，針對用戶管理方面存在的一些問題，提出了可行的建議。

2000年，3月20日打開儲存環真空，開始安裝與之相連的大部分設備和所有光束線的前端，4月中旬封閉。光束線前端於5月安裝到位。儲存環真空恢復順利，各前端的真空性能均達到指標要求，通過了工程內部驗收。新建的LIGA光束線安裝就位，通過了離線調試驗收。

2001年，運行質量比改造前大幅度的提高。環的主磁鐵電源、注入系統電源等新設備的故障率很低，真空系統改造、新光束線前端等通過了運行的考驗。5月超導Wiggler投入運行，為NSRLII的兩條用X射線的光束線對光，LIGA站進行了首次調試和試運行，獲得了深達1毫米的深度光刻製品（右圖）。下半年，高頻腔完成機械加工；注入系統長直線段的衝擊磁鐵已製成；波盪器加工已完成，磁場測量與調整的初步結果令人滿意。大部分電源已驗收，控制系統的改造與之配合進行。光束線站的非標加工基本完成。除已就位的LIGA線外，其他七條光束線的機械測量(粗)、真空調試、安裝就位等工作正全面展開。八個實驗站中的四個的主體設備已經初步安裝到位。其他各站也進展順利，重要的非標部件的加工基本完成。公用設施改造的大部分已完成並投入使用。

2002年5月，NSRLII儲存環束流閉軌校正系統投入運行並取得良好效果。其三個主要組成部分：束流閉軌位置測量系統、校正鐵系統和相關的控制系統功能正常。該系統能很好地滿足機器運行和研究的需要。

2002年7月15日，長約2.7米的波盪器UD-1通過專家測試。來自中科院高能物理所、中科院上海原子核所和中國科技大學等單位的專家對NSRLII新建波盪器UD-1的磁場性能指標進行了測試。現場測試結果與原測數據一致，重複性很好。UD-1是我國大陸建成的第一台儲存環中以產生高亮度同步輻射的波盪器。其磁間隙變化範圍大，測量長度長，磁測指標多、數據多，調試測量的工作量和難度都很大。測試組認為，UD-1調試測量數據完整，性能優良，各項指標均已達到設計要求，主要指標優於設計要求。

2002年，環高頻系統10月完成安裝，真空系統改造基本完成，工程進入聯合調試、試運行階段。X射線衍射與散射線站通過了專家測試開始試運行。表面物理、光譜輻射標準和計量、原子分子物理等線的光學元件完成安裝，開始光路的初步調試。

2003年1月16日，NSRLII光聲、光熱實驗站設計方案調整專家審定會在合肥舉行。專家組由南京大學聲學研究所張淑儀院士（組長）、復旦大學同步輻射研究中心的張新夷教授、復旦大學生命科學學院的季朝能副教授、中科院基礎局的陳勛遠研究員和中國科技大學物理系的方容川、施朝淑教授、化學系的蘇慶德教授以及生命科學學院吳季輝教授組成。專家們聽取了該實驗站方案調整內容以及調研結果。專家組認為：NSRLII建設方案已充分考慮了滿足真空紫外圓二色光譜實驗站的要求，在工程進行中儘快調整方案是必要的，也是合理的，應集中力量建立真空紫外圓二色光譜及光聲光譜實驗研究方法，並建議光熱偏轉光譜可不作為二期工程驗收內容，條件成熟時再開展這方面工作。

2003年3月13日，NSRLII新注入系統通過束流調試。3月4日打開環真空更換陶瓷真空室組件，3月13日開始帶束聯調並成功儲存束流。四塊衝擊磁鐵能實現良好匹配，勵磁電流可加足設計值，最高積累束流流強曾達210mA。注入系統改造是NSRLII的關鍵子項目之一，也是難點之一。在2002年10月的調試中，束流極難儲存。經過多方試驗、觀察測量和分析，並與高能所、上海核所、日本KEK的專家討論，判斷是陶瓷真空室金屬鍍膜偏厚，造成磁場時間滯後不均，並制定了改進關鍵工藝、嚴格控制質量、加強半成品檢測、抓緊進度等措施。由於判斷準確，措施得當。陶瓷真空室組件的加工僅用兩個多月就順利完成。各項技術指標皆符合物理設計要求。

2004年3月14-16日，NSRLII通過了中科院組織的加速器及光束線專家測試會。測試組由來自上海套用物理所、北京高能物理所、蘭州近代物理所的10位專家組成，陳森玉院士擔任組長，趙振堂、夏佳文、夏紹建研究員擔任副組長。測試期間，測試組專家審定了工程指揮部提交申請報告，確定了總體工藝綜合測試指標和參數，分成8個小組對加速器改造項目和光束線部分的12個子項工藝的測試方法、測試手段和自測結果進行了審定，並對他們的主要性能指標進行了複測。測試組專家認為：NSRLII已測的加速器改造項目通用運行模式滿足同步輻射用戶的基本需求，可投入運行。12條光束線和實驗站可提供同步輻射用戶使用。

2004年5月27-28日，中科院基礎局組織專家組對NSRLII進行了院級工藝鑑定。鑑定組由魏寶文院士擔任組長，陳森玉院士、陸坤權研究員擔任副組長的11位專家組成。專家們聽取了工程建設報告和分管加速器改造、光束線建設、實驗站建設報告；聽取了陳森玉院士宣讀的工藝測試報告；查閱了工程指揮部提供的專家測試組測試結果；並現場觀察了裝置運行情況。鑑定組確認了專家測試組提交的測試結果，積極評價NSRLII取得的成績。改造後的裝置技術水平提高到新的高度，運行流強300毫安，束流平均壽命大於8小時；超導扭擺磁鐵(Wiggler)運行時，全部14條光束線可同時引出同步輻射光。所有新建實驗站皆已基本具備向用戶開放的條件，滿足大多數同步輻射用戶的基本需求，建議在國家驗收後將儘快投入運行。

2004年12月14日，NSRLII正式通過了由國家發展和改革委員會委託中科院主持的國家驗收。驗收委員會聽取了工程建設報告、專家測試報告、工藝鑑定報告和預驗收意見，查驗了工程現場，查閱了檔案、檔案資料。經過認真、仔細的審查，驗收委員會認為：國家同步輻射實驗室通過二期工程建設，提高了裝置技術水平，擴大了實驗套用領域，基本完成了國家發展和改革委員會(原國家計委)批准的建設目標，同意NSRLII通過國家驗收。

學科前沿

同步輻射是一種強度大、亮度高、頻譜連續、方向性及偏振性好、有脈衝時間結構和潔淨真空環境的優異的新型光源，可套用於物理、化學、材料科學、生命科學、信息科學、力學、地學、醫學、藥學、農學、環境保護、計量科學、光刻和超微細加工等眾多基礎研究和套用研究領域。

科研平台

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。

交流合作

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。我們歡迎更多的科學家和優秀青年科技工作者加入同步輻射研究隊伍，共創我國同步輻射輝煌的明天！