Project Introduction
上海光源是一台高性能的中能第三代同步辐射光源。工程包括三大加速器,分别是一台150MeV的电子直线加速器、一台能在0.5秒内把电子束能量从150MeV提升到3.5GeV的全能量增强器和一台周长432米的3.5GeV高性能电子储存环,由中国科学院上海应用物理研究所,位于上海浦东张江高科技园区,工程于2004年12月25日动工,于2009年4月完成调试并向用户开放。
标志着中国这一性能指标达到世界一流的中能第三代同步辐射光源,历经十年立项和五十二个月紧张建设,已全面、优质、按期完成工程建设。
“上海光源”SSRF能量居世界第四(仅次于日本SPring-8、美国APS、欧洲ESRF),性能超过同能区现有的第三代同步辐射光源,是世界上正在建造或设计中的性能最好的中能光源之一;SSRF 产生的同步辐射光覆盖从远红外到硬X射线的宽广波段。利用低发射度的中能强流电子束和国际上插入件技术发展的新成就,在用途最广泛的X射线能区(光子能量为0.1~40 keV)产生高耀度和高通量的同步辐射光,使其基本性能在许多重要方面位于世界上正在设计和建造中的光源的前列。
Engineering Events
中国工程物理研究院流体物理研究所与上海光源国家科学中心(筹)就建设精密高压实验专用线站签署合作意向书。
“十一五”国家重大科技成就展在北京举行,上海光源作为国家科技基础设施建设成就参加展览。
“上海同步辐射光源建成”入选“2009年中国十大科技进展新闻”。
上海光源工程顺利通过国家验收。验收委员会一致认为,上海光源以世界同类装置最少的投资和最快的建设速度,实现了优异的性能,成为国际上性能指标领先的第三代同步辐射光源之一,是我国大科学装置建设的一个成功范例。
上海光源完成对用户的首轮开放,期间安排用户实验时间39天。
上海光源正式对国内用户开放试运行。
上海光源国家重大科学工程举行竣工典礼,上海光源工程按期建成,总工期52个月。同时,上海光源国家科学中心(筹)正式揭牌。
直线加速器、增强器和储存环、首批7条光束线站通过工程科技委组织的专家测试。
首批建设的最后一条光束线站——生物大分子晶体学线站首轮调试成功。
硬X射线微聚焦及应用线站首轮调试成功。
第一台真空波荡器自主研制成功,在储存环上安装就位。
第一条波荡器光束线站——软X射线谱学显微线站首轮调试成功。
第一条光束线站——小角散射线站首轮调试成功,将聚焦的同步辐射单色光引到实验站样品处。
在开工三周年之际,上海光源出光。
首批全部7条光束线站前端区设备安装完成。
直线加速器各项技术指标基本达到设计要求。
储存环设备总体安装正式启动。
直线加速器启动调束,当日实现电子束出束。
增强器正式开始隧道安装。
上海光源工程5条光束线站和电子直线加速器的调整方案通过评审论证。
举行上海光源工程开工典礼,正式破土动工。
中国科学院批复上海光源项目开工报告。
国家发展改革委批复上海光源项目初步设计。
中国科学院和上海市政府组织专家在上海召开了上海光源初步设计报告预评审会,专家组一致认为该初步设计已达到开工要求。
国家发展改革委批复上海光源项目可行性研究报告。
受国家发展和改革委员会委托,中国国际工程咨询公司在北京组织专家对上海光源可行性研究报告进行了评估。
上海光源工程建设领导小组第一次会议,批准工程建设指挥部、经理部、科技委、顾问组成立及相关人选,选定主体建筑方案,同意项目可行性研究报告上报国家发改委。
中科院与上海市共同组织项目可行性研究报告的专家评议。
国务院常务会议批准项目建议书。
国家发展和改革委员会委托中咨公司完成项目建议书的评估。
中科院正式确定启动SSRF立项工作。
开始二期预制研究工作。
SRF预制研究通过专家鉴定。
决定SSRF落址上海浦东张江高科技园区,上海浦东张江高科技园区无偿提供300亩建设用地,原则同意首批拟建的7条光束线和实验站。
国家计委正式批准项目。
国家科教领导小组原则同意开展上海同步辐射装置工程预制研究。
中国科学院和上海市人民政府原则同意,共同向国家建议建设第三代同步辐射光源——上海同步辐射装置。
丁大钊等三位院士建议“在我国建设一台第三代同步辐射光源”。
Engineering parameters
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。
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。
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。
Social benefits
大科学工程对社会的影响是多方面、多层次的。上海光源的建成是民族自强的体现,它显示了中国在高新技术领域占有一席之地的决心和意志。可预见到,上海光源将成为爱国主义教育和科学普及的基地,国内已建成的大科学工程均已开展这项工作,获得很好的效果。上海光源由中央政府和地方政府共同出资,在中国更是开历史之先河。中国正处在一个变革时期,构建新体制是当前的重要任务,上海光源的建设将为此增添一份宝贵的经验。
上海光源的建设将直接带动中国现代高性能加速器、先进电工技术、超高真空技术、高精密机械加工、X射线光学、快电子学、超大系统自动控制技术以及高稳定建筑等先进技术和工业的发展。大科学工程的实践证明,这种带动作用的间接效应所带来的社会和经济效益是非常大的。
上海光源对于中国在现有的工业基础上及早赶上国际先进水平,取得具有自主知识产权的技术开发成果,将起到重要作用。例如,中国在某些催化剂和高分子材料的研究方面有着相当好的基础和科技积累,但加入WTO之后,面临激烈的竞争,催化剂的研发就是竞争的一个焦点。上海光源将是新型催化剂研发中不可或缺的工具。放眼世界,各大石油公司均已在同步辐射光源上建有专用的光束线站,假如没有高性能的第三代同步辐射光源先进技术的支持,中国企业将面临十分被动的局面,因为一种催化剂的成败,会导致进口货和国产品每年的销售差价超过10亿元人民币之多。此外,基于第三代同步辐射光源的微细加工技术已成为发展微电子机械系统的主要支撑技术,微细加工将在不长的时间内形成具有相当规模的产业。随着业界对集成电路的集成度要求越来越高,科学界估计,对线度在几十纳米及以下的集成电路,第三代同步辐射光刻技术有可能将成为主要的光刻手段。在医疗诊断和新药研究方面,上海光源也将显示出其独特的优势,例如双光子高清晰度心血管造影技术等。
上海光源具有几十条可向用户开放的光束线和上百个科学实验站,它们将为中国的生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、凝聚态物理、原子分子物理、团簇物理、化学、医学、药学、地质学等多学科的前沿基础研究,以及微电子、医药、石油、化工、生物工程、医疗诊断和微加工等高技术的开发应用,提供不可替代的先进实验平台。仅以生命科学为例,生命科学已进入了后基因组时代,蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点,因此蛋白质科学技术已成为中国国家中长期科技发展规划的关注点。而以蛋白质结构和功能研究为主要目标的结构基因组学研究,其中80%以上的工作需要在第三代同步辐射光源上进行,所以上海光源将成为中国生命科学前沿研究不可或缺的大科学设施。
上海光源将对有巨大产业前景的微电子、微机械等高新技术的开发,起到极大的推动作用。由于在长三角地区存在拥有此类高技术的许多高端用户,故而草拟中的上海市中长期科技发展规划里,已将应用上海光源放在非常重要的地位,潜在用户中囊括了微电子与光电子工艺平台、先进复合材料、红外光电材料和器件、再生能源等多个领域中的上千名高科技开发商。
上海光源作为先进的中能第三代同步辐射光源,本身具有很高的现代高科技的融合度和集成度,因此它将成为中国显示综合科技实力的标志性重大科学装置,并为提升国家知识创新能力和综合科技实力做出不可替代的重要贡献。
Engineering graphics
Related literature