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　　今天，“上海光源”正式竣工。這項總投資約12億元、歷經(jīng)4年零4個(gè)月建設的國家重大科學(xué)工程，終于成功綻放出七彩的春光。

　　“上海光源”有何奧妙？它和我們普通人的生活有啥關(guān)系？帶著(zhù)這些疑問(wèn)，本報記者獨家采訪(fǎng)了中國科學(xué)院院士楊福家。楊福家院士不僅是該領(lǐng)域的專(zhuān)家，而且早在1995年，他曾和謝希德等科學(xué)家一起，在市政協(xié)相關(guān)會(huì )議上提出“在上海建造第三代同步輻射光源”的提案，為“上海光源”的故事寫(xiě)下了一個(gè)精彩開(kāi)頭。轉眼14個(gè)年頭過(guò)去，從上海到全國，各級領(lǐng)導、科學(xué)家、工程技術(shù)人員為上海光源工程殫精竭慮，也理應讓更多人知道“上海光源”、了解“上海光源”。楊福家院士欣然應邀，帶領(lǐng)本報讀者一起“神游”上海光源。

　　它是一個(gè)“光的博物館”

　　新聞視點(diǎn)：平心而論，大多數人恐怕直到現在還不是很明白，“上海光源”究竟是個(gè)什么東西，能派什么用場(chǎng)。您能否用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言先給大家做一下科普？

　　楊福家：“上海光源”的學(xué)名叫“上海同步輻射光源”。嚴格來(lái)說(shuō)，它不是用來(lái)制造我們肉眼可見(jiàn)的“光”，而是發(fā)出從遠紅外到硬X射線(xiàn)的不同波長(cháng)的電磁波。與可見(jiàn)光相比，這些“看不見(jiàn)的光”波長(cháng)更短，能量更高。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“上海光源”的工作原理，是讓接近光速運動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中作曲線(xiàn)運動(dòng)，因為改變運動(dòng)方向而釋放的能量，將轉換成各種波段的電磁波。其本質(zhì)與我們日常接觸的可見(jiàn)光和X光一樣，都是電磁波。電磁波又叫電磁輻射，由于這種現象最先是1947年在高能物理實(shí)驗用的同步加速器上發(fā)現的，因而被命名為同步輻射(Synchrotron radiation)。

　　“上海光源”坐落于張江，距地鐵二號線(xiàn)終點(diǎn)站不算太遠。這幢圓盤(pán)形的地標建筑，一直被人們形容為巨型鸚鵡螺。其實(shí)，這只“海螺”足有上海體育場(chǎng)那么大，是我國迄今最具規模的重大科學(xué)工程，并至少具有30年科學(xué)壽命。

　　根據上海光源工程的平面圖，“螺殼”內部的主體結構分為三部分：外圈為432米周長(cháng)的一個(gè)大環(huán)———儲存器；與之相切的內圈，是一個(gè)180米周長(cháng)的小環(huán)———增強器；小環(huán)還連著(zhù)一根40米長(cháng)、直直的尾巴———直線(xiàn)電子加速器。在這條有直道、有彎道的“光電隧道”中，能量傳送方向為“直線(xiàn)—小環(huán)—大環(huán)”。

　　出光的具體過(guò)程是這樣的，高壓電從直線(xiàn)加速器扣動(dòng)“電子槍”，發(fā)射出無(wú)數個(gè)電子。它們在直線(xiàn)隧道內的真空電磁場(chǎng)中疾行，加速至接近光速水平，能量達到150兆電子伏特(150M eV)。接著(zhù)，這股低能光束線(xiàn)便打彎“注入”內圈小環(huán)隧道———增強器，能量在轉圈的瞬間被提升22倍左右，變成35億電子伏特(3.5G eV)的高能光束線(xiàn)，最后“注入”外圈大環(huán)隧道———比400米跑道還長(cháng)的儲存器。高能光束線(xiàn)晝夜不停地高速穿行，并沿著(zhù)大環(huán)不斷“轉圈”，在不同切線(xiàn)方向上“條分縷析”，引出數十束不同波長(cháng)的形形色色的光，覆蓋從遠紅外線(xiàn)到硬X射線(xiàn)的所有波段，供外圍大廳內成百上千的實(shí)驗站科研人員進(jìn)行多學(xué)科研究。

　　因此，“上海光源”這只鸚鵡螺可謂“光芒”齊放，使不同學(xué)科的科學(xué)家能在同一個(gè)“光的博物館”內各取所需。

　　能給螞蚱觸角拍X光片

　　新聞視點(diǎn)：“上海光源”有哪些具體用途呢？

　　楊福家：它可以產(chǎn)生不同波長(cháng)的電磁波，能為各領(lǐng)域的科學(xué)家做研究提供條件。例如對醫學(xué)專(zhuān)家來(lái)說(shuō)，可能在這里找到一種新的射線(xiàn)，成像效果比現在的X射線(xiàn)更好，也許今后醫院里就不用X射線(xiàn)拍片了———這就和普通人的生活有很近的關(guān)系了。

　　以X射線(xiàn)為例，“上海光源”所發(fā)出的X射線(xiàn)，品質(zhì)絕對是世界一流的。目前，國際上的X射線(xiàn)成像技術(shù)越來(lái)越高精尖，不僅趨向于更高的空間分辨率(納米量級)，同時(shí)趨向于更快的時(shí)間分辨率(1毫秒或更短)�！吧虾９庠础奔磳�對外開(kāi)放的X射線(xiàn)成像及生物醫學(xué)應用光束線(xiàn)站，正朝這些方向努力。打個(gè)比方，這座光束線(xiàn)站，若為一只活體螞蚱拍X光照片，包括螞蚱觸角里面的微細管道、呼吸器官等都可一覽無(wú)遺，這是傳統X光機無(wú)法辦到的。

　　用途還有很多。在材料科學(xué)領(lǐng)域，利用“上海光源”產(chǎn)生的高亮度同步輻射光束，可以揭示材料中原子的精確構造，得到有價(jià)值的電磁結構參數。它們既是理解材料性能的“科學(xué)鑰匙”，也隱含著(zhù)發(fā)明新穎材料的原理來(lái)源；

　　在地球科學(xué)領(lǐng)域，利用X射線(xiàn)作為微探針，能深入了解地殼深處和地幔中礦物的演變和轉化，對于礦床地質(zhì)、礦物、巖石、探礦以及地球化學(xué)研究起著(zhù)重要作用；

　　在微細加工技術(shù)領(lǐng)域，利用X射線(xiàn)深度光刻技術(shù)，可以“搞定”線(xiàn)寬在幾十納米以下的高度集成電路；

　　在石化及化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，可以研究催化機理和催化劑特性，有助于發(fā)明新型催化劑，直接影響到石油化工的效率和產(chǎn)出；

　　在產(chǎn)品研發(fā)與檢測方面，可進(jìn)行飛機發(fā)動(dòng)機和航天器疲勞測試、紙漿無(wú)氯漂白工藝改進(jìn)、化妝品效果分析等 ……

　　“上海光源”計劃下月正式對國內外科研用戶(hù)開(kāi)放的光束線(xiàn)，共有7條。7束光各配套一座實(shí)驗站，供課題單位及專(zhuān)家們進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗。目前已收到78所大學(xué)、科研院所的用戶(hù)課題申請242份，累計2868個(gè)機時(shí)，首批課題正在評審中。

　　這還只是“小試牛刀”的一期工程。據專(zhuān)家估計，整個(gè)上海光源總共能建約60條光束線(xiàn)，每條線(xiàn)上可建1—2個(gè)實(shí)驗站。每條光束線(xiàn)的投資，相當于一個(gè)國家級重點(diǎn)實(shí)驗室的規模�？梢韵胂�，今后在這個(gè)鸚鵡螺里，將誕生多少令世人驚嘆的科學(xué)奇跡！

　　總能量居世界第四

　　新聞視點(diǎn)：“上海光源”目前在國際上的地位如何？

　　楊福家：我可以很肯定地說(shuō)，參觀(guān)“上海光源”，你會(huì )打心眼里為中國人感到自豪。它的性能超過(guò)同能區現有的第三代同步輻射光源，是目前世界上正在建造或設計中的性能最好的中能光源之一。今后，它將與日本、韓國、中國臺灣和印度等地的第三代同步輻射光源一起，在亞洲形成可以與歐美同類(lèi)裝置媲美的、能量和性能分布合理的光源群，成為面向世界的同步輻射實(shí)驗平臺。

　　同步輻射光源是世界主流的高能物理裝置之一。據了解，自1947年科學(xué)家首次觀(guān)察到同步輻射現象，這類(lèi)光源裝置迄今已發(fā)展出第三代。第一代同步輻射光源是“附生”于高能物理實(shí)驗專(zhuān)用對撞機的兼用機；第二代同步輻射光源是基于同步輻射專(zhuān)用儲存環(huán)的專(zhuān)用機；第三代同步輻射光源是基于性能更高的同步輻射專(zhuān)用儲存環(huán)的專(zhuān)用機，如“上海光源”。據悉，“上海光源”電子束總能量已躋身世界四強，僅次于日、美、歐的同類(lèi)裝置。

　　目前，全球各個(gè)國家和地區有一、二、三代同步輻射光源50多臺，其中像“上海光源”這樣的第三代光源，已建成10多臺，而在建和設計中的至少也有13臺。預計2010年前后，全球每天都有上萬(wàn)名科學(xué)家和工程師，利用這些光源產(chǎn)生的不同波長(cháng)的光，從事前沿學(xué)科研究和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)。

　　微觀(guān)層面的“發(fā)射衛星”

　　新聞視點(diǎn)：“上海光源”究竟有多難造？

　　楊福家：“嫦娥”工程大家比較熟悉，其實(shí)“上海光源”的工作原理，有點(diǎn)像微觀(guān)層面的“發(fā)射衛星”———就是要通過(guò)施加外力，讓電子在一個(gè)個(gè)指定軌道上運行，其精度要求，比發(fā)射衛星高100萬(wàn)倍。當然，我們也有容易的地方，就是萬(wàn)一把電子搞丟了不要緊，把衛星搞丟了可不行。上海光源工程進(jìn)展速度之快、質(zhì)量之高，在國際上都是數一數二的。

　　國外有不少投資比我們高、建造時(shí)間比我們長(cháng)的同類(lèi)裝置，質(zhì)量卻不如我們理想。我在很多場(chǎng)合都會(huì )跟人提起“上海光源”，因為我們做得真是太漂亮了！參與其中的許多年輕人，原本在學(xué)術(shù)界默默無(wú)聞，“上海光源”的成功，也令國際同行立馬注意起他們來(lái)，真可以說(shuō)是學(xué)術(shù)界難得的“一夜成名”。

　　建“上海光源”有多難？舉個(gè)例子，為保持光束流的高度穩定，光源軌道的垂直穩定度須控制在1微米以?xún)取?/p>

　　控制這1微米有多難？要知道，各種干擾因素實(shí)在不少：施工的地基會(huì )有不均勻的沉降，儲存環(huán)隧道和實(shí)驗大廳的地板會(huì )扭曲和變形，儲存環(huán)隧道內空氣的溫度甚至冷卻水的溫度都在變化，還有各種意料之中或意料之外的振動(dòng)源……任何一個(gè)細節出問(wèn)題，都無(wú)法保證實(shí)現這個(gè)“1微米以?xún)取钡哪繕�。所以工程人員隨時(shí)隨地都在嚴密監測，用一系列手段使光源穩定性達到世界一流水平。

　　承建單位中國科學(xué)院上海應用物理所的技術(shù)人員分成不同班組，從早8點(diǎn)到晚5點(diǎn)，從晚5點(diǎn)到早8點(diǎn)，24小時(shí)都能在工程現場(chǎng)見(jiàn)到他們。即便在嚴格控制的25攝氏度恒定室溫下，這些專(zhuān)家有時(shí)還是會(huì )憋出一身汗。在那幾百米長(cháng)的“光之隧道”內，必須像列車(chē)編組一樣，將一段段光電設備拼接安裝到位。精貴的單件設備，有的達上噸重，卻要求工程師屏氣凝神、小心輕放。正是有無(wú)數工程技術(shù)人員的兢兢業(yè)業(yè)，“上海光源”的光束流軌道穩定度達到國際一流水準。

　　還有，10萬(wàn)多個(gè)信號點(diǎn)，沒(méi)有接錯一根電纜；國際上通常要2至3個(gè)月完成的工程環(huán)節，“上海光源”只用了兩個(gè)星期……在前幾天進(jìn)行的專(zhuān)家測試中，國內外同行一致認為“建設質(zhì)量達世界一流”。

　　也許就像楊福家院士所說(shuō)，這些成功，還都是“前奏”。隨著(zhù)“上海光源”的對外開(kāi)放，以后將有更多看點(diǎn)。在這個(gè)大平臺上進(jìn)行的多種實(shí)驗，每一個(gè)都可能給我們帶來(lái)驚喜。我們姑且拭目以待。(章迪思 徐瑞哲）