法國SOLEIL 同步輻射光源

法國SOLEIL同步輻射光源的法語全稱是Source Optimisée de Lumière à Energie Intermédiaire du LURE，而它的簡稱SOLEIL恰好是法語的“太陽”。

SOLEIL是法國繼1992年2月在東南部城市格雷諾布爾（Grenoble）建造歐洲同步輻射裝置（ESRF）之後的第二個第三代同步光源，它坐落在巴黎大區南部埃松省（Essonne）聖奧班（Saint-Aubin）市的薩克萊高地（Saclay），占地30公頃。SOLEIL光源的能量為2.75 GeV，屬於第三代中能光源，其性能和技術上均位於世界同類裝置的前列，能夠產生比太陽光強1萬倍的光。

基本介紹

• 中文名：法國SOLEIL 同步輻射光源
• 外文名：Source Optimisée de Lumière à Energie Intermédiaire du LURE
• 坐落在：巴黎大區南部埃松省聖奧班市
• 占地面積：30公頃

簡介

SOLEIL光源工程2002年2月正式啟動，2006年12月完成首期目標，11條光束線開始投入使用，至2009年9月已有16條光束線向用戶開放。SOLEIL總投資3.854億歐元，由法國政府、巴黎大區和埃松省（Essonne）分擔。SOLEIL共有雇員300餘人，其中80%為科研人員，20%為行政管理人員，另有50多位博士和博士後。

SOLEIL擁有最新的技術，是向科學界、工業界開放的服務平台，也是一個國際最前沿實驗技術的研究實驗室。每年約有2000名用戶在SOLEIL進行物理、化學、材料科學、電子、生命科學、醫學、地球科學領域以及與環境、食品、化妝品、藥品等相關的研究。SOLEIL光源為加強法國基礎科學和套用科學領域的研究提供了新的有力的工具，對法國科技的發展具有決定性意義。

歷史

SOLEIL屬於新建裝置，歷史並不悠久，但它的經歷也很有些戲劇性。

1992年，法國國家科學研究中心（CNRS）和法國原子能委員會（CEA）開始籌備和制訂建設SOLEIL光源的計畫，目的是取代已經落後的位於巴黎南郊的奧爾賽電磁輻射加速器（LURE），該裝置在運行的30年中不斷改造和最佳化，於2003年12月徹底退役。

1999年5月，CNRS和CEA組成的專家組提交了在法國北部加來海峽省建設新同步輻射光源SOLEIL的詳細草案。

1999年8月，法國科研部長阿萊格爾（Claude Allegre）以20億法郎預算投入過於龐大為由，決定取消SOLEIL計畫。他建議投資並參與在英國的DIAMOND第三代同步加速器的合作計畫（法國在其20條束線上占有7條）。此舉遭到法國以及整個歐洲科技界、經濟界的強烈反對，甚至憤怒。法國議會科技政策評估委員會的報告也認為，SOLEIL光源的建造將有利於法國科技的發展。

2000年9月，在法國各界的強烈要求下，接替阿萊格爾出任科研部長的施瓦岑貝格（Schartzenberg）決定恢復SOLEIL計畫，8年內共投資21億法郎。政府將SOLEIL的選址由原來法國北部加來海峽省的卡昂（Caen）改為埃松省的薩克萊（Saclay）。薩克萊（Saclay）與老的奧爾賽電磁輻射加速器相距僅幾公里，在此建新的加速器不僅可以節約建造經費，還有利於原來加速器的工作人員就業。

2001年10月，法國國家科學研究中心（CNRS）和法國原子能委員會（CEA）正式決定建設SOLEIL光源，投資股份分別占72%和28%。此後，巴黎大區投入1.49億歐元，埃松省投入0.34億歐元，其它一些地方以及英國、比利時、西班牙和葡萄牙等國也參與了此項目建設，總投資總計3.854億歐元。

2006年6月2日，SOLEIL完成了調試，儲存了第一束電子光束，電子光束能量為2.75GeV。

2006年12月18日，SOLEIL首期工程宣布完工，11條束線投入運行。法國席哈克總統親臨現場揭幕剪彩。他表示：法國從此擁有了一個獨一無二的儀器，一個了不起的可以研究物質核心結構的儀器，它可以廣泛套用於天文、生物、化學、考古以及其他所有基礎科學和套用科學領域，使法國科學家擁有了與美國和亞洲同行競爭的手段和工具。SOLEIL首次招標，即收到大於預計用戶2.5倍的使用申請。

SOLEIL 全景

2009年1月，法國政府宣布2012年將對SOLEIL投入6百萬歐元。

2009年4月，南非國家研究基金與SOLEIL同步輻射光源簽訂了納米技術、生命科學、醫藥、環境科學等合作研究備忘錄。南非方面將為來法的科學家們提供資金，SOLEIL則將在科研技術方面提供支持。

2009年7月，法國中部省在SOLEIL投資的3條光束線之一DISCO光束線開始運行，總投資520萬歐元。

2009年9月，已有16條束線順利向用戶開通，其中一半致力於生命科學研究。

2010年6月，世界最大的博物館——美國史密斯博物館（Smithsonian Institution）與SOLEIL光源和法國國家科學研究中心（CNRS）就博物館珍品保存、考古及古生物學科的研究、文物鑑定、文物保護等方面簽訂了合作協定。

2011年，兩條專用於細胞和組織X光造影的光束線將投入運行。

實驗設施

SOLEIL由注入器、輸運線、儲存環和同步輻射實驗線站等部分組成。注入器是一台直線加速器，電子槍產生的正負電子束在直線加速器中加速後分別注入橢圓形的增強器繼續加速，直至電子能量直到達到SOLEIL要求的2.75 GeV。儲存環周長354米，為了利用產生的同步輻射光，電子進入儲存環後將運轉幾個小時。彎轉磁鐵使電子改變通常的線性運動軌跡而沿著儲存環的軌道運轉，四極磁鐵使電子束聚焦為頭髮絲般的直徑。扭擺磁鐵（也稱插入件）迫使正負電子束做波浪形的曲線運動，使電子有可能在直線段產生同步輻射光。儲存環內的電子運行速度幾乎達到30萬公里/秒的光速，產生的同步輻射光從遠紅外、紫外，到硬X射線，光強約為太陽光的1萬倍。引出的光束線位於儲存環四周，每個光束線是一個獨立的實驗室。實際上，SOLEIL設計的最大容量可以容納43光束線。

同步輻射光通過光束線上的單色儀引至實驗站，每條束線提供的同步輻射光類別不同，實驗站同時提供多種實驗分析技術，科學家們因此得以觀察物質的微結構，研究物質的化學、電子和磁行為，在生物、醫藥、材料科學等領域探索。

研究成果

同步輻射光穿透物質本身，使人類了解了物質的亞微態：內在結構和基本性質。如今，越來越多的科學研究需要藉助同步輻射實驗來實現，尤其是基礎科學：物理、納米科學、化學、材料科學、生命科學、地球和大氣科學、環境科學、醫藥甚至古生物學。

SOLEIL光源同樣適用於套用科學研究和持續性發展：醫藥、生物技術、石化、美容、農產品加工、機械業、冶金、塑膠陶瓷玻璃品製造、地理環境、國防、科技警察、文化遺產保護等。它向全法國和全世界開放，包括中小型企業、團體和個人。

（1）醫藥業

腎結石作為常見疾病，其發病率一直呈增長趨勢，工業越發達的國家，發病率越高，法國就有10%的人患有腎結石。這一疾病的檢測相當棘手。當診斷出來時常常已是晚期，病人不得不進行手術切除。一位Necker醫院的女病人，罹患遺傳性腎結石，利用SOLEIL光源上的SMIS束線同步光進行了紅外線顯微光譜檢查，僅僅幾小時後就取到了結果，使她較早地發現了病灶，採用了有效的藥物治療，避免了手術的痛苦，保留了既完整又健康的腎。

帕金森病人在法國約有80萬，多數為65歲以上的老人。為了尋找有效的治療方法，必須對其複雜的成因——大腦神經元壞死做全面深入的了解，特別是掌管記憶和智力的神經元。目前，人類對這一疾病還沒有找到確切的解釋。但科學家們提出一個假設：帕金森症源於肽和β澱粉的粘合。在健康的腦組織中，二者的凝聚是可溶解性的，但對帕金森患者，神經元凝結成板狀，多學科研究的結果顯示：銅離子介入β澱粉而導致過渡粘合。法國土魯斯（Toulouse）化學實驗室利用SOLEIL光源上SAMBA束線的X射線吸收光譜來定義銅離子，分析在低溫和常溫狀態下與β澱粉的相互作用，以研製治療帕金森病的有效藥物和療法。

（2）天文學

46億年前，太陽系由巨大的分子雲裂變，經過近2億年的演變終於形成。某些原始物質中的物理化學特性保存至今，譬如：彗星，即是那混沌初開時期的遺物。因此，利用SOLEIL光源上的SMIS紅外線顯微光譜，分析彗星微粒的內部結構和礦物組成，可更清晰地揭開太陽系的神秘面紗。

（3）考古學

地質和考古學家在薩克萊（Saclay）高地勘測和研究過程中，利用SOLEIL光源的高端技術，對發現物體的表面和內部結構做了準確、深入的研究。並利用SOLEIL的造影技術和微提取分析法，更細緻地了解了物體的來源、生產工藝和保存方法。

（4）美容業

同步光源很早就套用於美容業，不僅用於美容新產品的研發，而且跟蹤使用後的美容效果。目前，利用SOLEIL光源，在SWING、SMIS、DISCO、PSICHE束線上都有這方面的研究，比如：皮膚和頭髮的分子結構分析，髮乳、髮膠、摩絲的內在結構、穩定性及老化，水、美容品和皮膚的融合吸收過程及其納米微結構……

（5）新材料

塑膠袋、洗滌劑、洗衣液、膠水，這些人類日常生活的必需品都來自石化工業。它們不僅造成嚴重的環境污染，而且生產這類產品本身就會產生許多垃圾，它們的銷毀又導致二氧化碳的大量排放。因此尋找新材料，將對環境的污染減到最小化，已迫在眉睫。

綠色化學倡導利用催化作用引導化學反應。法國里爾大學的異質催化研究團隊為了直接將甲醇轉變為二甲氧基甲烷，在SOLEIL光源上SAMBA、ODE束線的X射線吸收光譜上實驗了多種催化劑：氧化錸與氧化鋁粉末混合或氧化鈦與氧化鋁粉末混合。這是人類走向植物源生化溶劑和產品的第一步。

科普活動

SOLEIL光源擁有自己的網站，每月發行期刊：《Le Rayon de SOLEIL》，每年舉行一次年會。自2006年1月以來每年召開一次用戶會議，旨在收集加速器的最新運行情況、輻射光源的性能和效果，整理一年來工作的新進展，以及取得的重要研究成果。

SOLEIL是多科學研究的中心，無疑也是科學技術的交流站和傳播站。從2002年開始，SOLEIL即對外開放，與各大中國小校、科技活動中心、市政府圖書館和多媒體中心合作，向大眾推廣加速器的科普知識。每年，成千上萬的學生、科技愛好者、市民來這裡參觀、學習、與科研人員探討。2009年9月，在奧爾良省議會舉辦了第七個SOLEIL科學日，主題為《材料與科學大裝置》。同時，SOLEIL在科學節、職業論壇、文化遺產日等期間組織豐富多彩的科教活動，並配有流動科普宣傳車，鼓勵更多的年輕人加入到高科技研究的行列。為所在地區帶來巨大的發展機遇。

所在地區

SOLEIL所在的埃松省（Essonne）歷史悠久，但無論是公元前5世紀的克爾特時期，還是中世紀，或者11-12世紀的墨洛溫王朝，甚至到20世紀的現代社會，埃松一直屬於法國的偏遠落後地區。散落的高盧人農場組成了這裡主要的地理坐標，幾處小村莊從事最簡單的農業生產。

法國的一些大學和科研中心逐漸在埃松聚集，包括法國最好的大學——法國綜合理工大學校（Ecole Polytechnique）、大型研究機構（Medicin Sante）、大型企業的實驗室和活躍的中小企業網路。1998年10月，在埃松省省會埃佛利（Evry）建立了一個由巴黎大區議會、埃松省議會、埃佛利市和法國抗疾病協會聯合成立的非盈利性協會“基因谷”科技園（Genopole），這是法國的第一個科技園區，經過10餘年的蓬勃發展，基因谷已經擁有20多個實驗室、3個國家級研究中心，近70家生物技術公司進駐園區，法國近年基因工程方面的重要工作都在這裡完成。

2002年SOLEIL光源落戶埃松的薩克萊後給埃松帶來了新的發展機遇。在生命科學研究進入後基因組時代之時，蛋白質科學研究已成為各已開發國家競相搶占的制高點。而以蛋白質結構和功能研究為主要目標的結構基因組學研究80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進行。基因谷與SOLEIL光源聯手，可謂“如虎添翼”。

埃松省議會主席在2006年SOLEIL光源的完工儀式上曾驕傲地宣布：因為擁有了最具世界影響力的高端科技，埃松省在科技研發和創新方面飛躍發展，已成為法國最活躍最具吸引力的地區之一。

意義

法國科技界人士認為，SOLEIL第三代光源這種大型科研設施的落戶，將進一步增強該地區的科研實力，使巴黎地區成為可與倫敦、慕尼黑、柏林相媲美的國際重要科研城市。