实验室外景

改造完成后的直线加速器部分

真空紫外光束线 国家同步辐射实验室供图

　　2014年12月29日，国家同步辐射实验室的合肥光源重大维修改造项目顺利通过了中国科学院组织的工艺验收。成功验收不仅是合肥光源走向开放的关键一步，也标志着中科院合肥大科学研究中心的筹建工作向前迈出了重要一步。

　　30年风雨征程，历经一期、二期国家重大科学工程建设和此次重大维修改造建设，国家同步辐射实验室已经成长为我国重要的科学研究平台之一，也是知识创新、人才培养及高新技术研发的关键基地之一。

　　升级改造 迎接新世纪挑战

　　坐落在安徽合肥中国科学技术大学西校区的国家同步辐射实验室内外，挂着两个风格截然不同的条幅。

　　实验室大厅对外挂着的标语与一般团队无二：“上下一条心”“完成合肥光源升级改造”；但走进这座散发着温和气质的乳白色圆柱形建筑内部之后，面对员工的条幅上直白地写道：“为12月31日通过工艺测试而奋斗！”

　　这句大白话，在过去的几个月，时刻督促着实验室近200名员工，确保顺利完成合肥光源的这次重大升级改造。

　　作为我国第一台专用同步辐射装置，早在1989年4月，合肥光源就发出了第一束“神奇之光”。它的出现，为国家大科学装置建设、国家重大战略需求和前沿基础科学研究提供了重要的科技支撑。

　　但是，这束“神奇光源”的主要技术指标仍维持在上世纪80年代的设计水平，发射度大、亮度低。渐渐地，它已经难以满足未来科学挑战对软X射线到真空紫外光源提出的更高要求。

　　2009年12月，中科院和中国科大决定共同投资，对合肥光源进行新一轮重大升级改造。但是，如何迎接挑战成为了升级改造中的最大难题。

　　“我们面对的第一个难题就是原有空间的限制，以及如何将新技术融入旧的框架之中。”国家同步辐射实验室主任陆亚林告诉《中国科学报》记者。

　　而且，合肥光源是一项庞大的系统工程，中间某个部件或者采用的新技术出了问题，就会一步错，步步错。在后期调试阶段的几个月间，实验室上下一致、齐心协力。遇到技术难题，技术人员立即会商和攻关，经常可以看到二三十个人在实验室通宵达旦。

　　即便这样，他们还是赶在既定日期前完成了合肥光源的升级改造。以至于原本以为在2015年三四月才会进行工艺测试和工艺验收的评审专家，都有些出乎意料。

　　经过新一轮升级改造，合肥光源加速器的总体性能和光束线、实验站的性能均有了显著提升。储存环束流发射度由160纳米弧度大幅降低至38纳米弧度，束流轨道稳定性由100微米降低到4微米，接近三代同步辐射光源水平。

　　“我们原本是按照两代半来设计的升级改造。”陆亚林说，“我非常期待在系统性能稳定后，合肥光源能够达到世界上同类光源的最好水平，达到类比三代光源的水平。”

　　通过自主研发的先进加速器物理设计，新建直线加速器和储存环，提高加速器总体性能，合肥光源的特色更加鲜明，与北京、上海光源形成优势互补，将在真空紫外—软X射线能区发挥不可替代的作用。

　　同时，合肥光源首批建设完成的具有国际先进水平的燃烧、软X射线成像、催化与表面科学、角分辨光电子能谱和原子与分子物理等五条光束线及实验站，将为我国材料科学、能源基础科学、生命科学以及环境科学等领域的科学研究提供先进的研究平台。

　　自主创新 发挥合肥光源最大性能

　　自主创新，源于国家同步辐射实验室的一项老传统。

　　1977年的国家科学大会上，首次提出了建设我国同步辐射光源的设想。那时，中科院打破常规，将这一艰巨的任务交给了以中国科大近代物理系加速器专业为核心的青年科技人才。他们通过三年努力，很快取得了物理设计和预制研究的成功。

　　1983年4月8日，国家同步辐射实验室成立，这是我国确立的第一个国家级实验室。

　　经费不足，成为自力更生的动力。经过5年摸黑探索，实验室终于在1989年4月，首次注入24小时内，就自主调试出了我国第一束专用同步辐射光。“合肥同步辐射加速器及光束线实验站”也为此获得了1992年中国科学院科技进步奖特等奖和1995年国家科技进步奖一等奖。

　　此次升级改造，合肥光源也保持了“省钱”的传统，自主研发，攻克了一个个技术难关。

　　其中，自主设计的多功能六极磁铁，保持了良好的轨道调节灵活性，节约了空间用于安装更长的插入元件；储存环采用了我国自主研制的固态高频发射机代替常规的四极管高频发射机，系统故障率显著降低，大幅改善运行可靠性。

　　30年来，实验室通过工程建设，建立了原创性技术研发体系，自主研发了一系列关键技术，形成了系统的技术积累。

　　实验室全面掌握了加速器的研制技术，具备完全独立建设同步辐射装置的能力。其中，多项核心技术在国内实现首次突破：国内首台超导插入元件——6T超导Wigger，国内首台用于同步辐射的波荡器，国内首台纯铜高频腔，国内首台高频固态发射机，国内首次使用高次谐波腔，国内首先基于EPICS研发大装置核心控制系统等。

　　实验室具有独立设计、研制和生产国际先进水平的加速管及相关部件的条件和能力；已逐步成为国内最大的各类先进加速器研发基地和应用推广基地。

　　在软X射线和真空紫外波段光束线设计建造方面建立了极具特色的技术自主研发体系；建成与光源性能匹配的、稳定运行的光束线，部分光束线达到同类光源同类光束线先进水平，具备光栅单色（光束线）国内最高水平。

　　自主创新和新技术的集成，极大地提升了合肥光源的系统性能，让它成为全国乃至世界低能区光源中不可或缺的一支力量。

　　平台贡献 国家级共用实验室

　　在过去20多年的开放过程中，合肥光源坚持以向国内外用户开放为宗旨，光源长期可靠稳定运行为目标，优质服务为己任，为我国材料科学、凝聚态物理学、化学、能源环境科学等领域研究提供了国家级共用实验平台，为国家重大基础研究计划（如纳米科技计划、结构基因组研究计划等）、“863”计划项目、国防建设急需的研究项目提供了坚实的科技支撑。

　　“我们此次升级改造的目的，也是要将合肥光源提升为同类光源的国际先进水平，与用户、科学家一同产生一流的成果。”陆亚林表示。

　　的确，时至今日，无论有多少新的同步辐射光源出现，谁也不能否认合肥光源独具特色的平台贡献。不仅因为它是全球仅有的几家低能区光源之一，更因为这个大科学装置在知识创新、人才培养及高新技术研发上所作出的贡献。

　　作为目前国内高校中唯一一台大科学装置和国家级实验研究平台，实验室依托中国科大多学科交叉、大跨度的优势和所系结合的独特平台，积极开展交流与合作，引进并培育了高水平的用户队伍，追踪同步辐射科技发展前沿，协作推进同步辐射技术及应用的发展。

　　面向未来，在正在筹建的中科院合肥大科学研究中心中，作为其中重要一员的合肥光源也将凭借独具特色的平台优势和技术积累，为用户提供更加先进的实验平台，同时为进一步建设国家大科学中心作出应有的贡献。

　　不仅如此，陆亚林也将合肥光源定义为“下一代大科学装置的一个‘预研’装置”，他表示，“合肥地区下一代的大科学装置如第四代光源等的发展，一些关键技术一定是建立在合肥光源的技术研究基础之上。”

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　　漫谈同步辐射

　　光是人类观察及研究大自然最重要的工具。光的波长应与被观察物尺寸相近，其波长或光子的能量决定了它与物质的相互作用类型。

　　20世纪60年代末出现的同步辐射光源，是被誉为“神奇的光”的又一种人工光源，它在基础科学研究和高技术产业开发应用研究中都有广泛的用途。

　　带电粒子在作加速运动时会辐射电磁波，并损失一部分能量。高能电子在磁场中作圆周运动时，由于是在作向心加速运动，所以会以光的形式辐射能量。因为这种辐射是1947年在GE公司Schenectady实验室的同步加速器上首次观察到的，所以人们称它为“同步加速器辐射”，简称为“同步辐射”。

　　同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异的新型光源，可应用于物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、力学、地学、医学、药学、农学等众多基础研究和应用研究领域，已经成为多学科交叉的先进研究平台。

　　同步辐射光具有很多有趣的特性。首先是宽波段，同步辐射光的波长覆盖面大，具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱，并且能利用称为“单色仪”的装置加以挑选，根据使用者的需要获得特定波长的光。

　　其次，“高准直”让同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束。而且，同步辐射光是在超高真空中产生的，不存在任何由杂质带来的污染，是非常纯净的光。

　　从偏转磁铁引出的同步辐射光在电子轨道平面上是完全的线偏振光。此外，可以从特殊设计的插入元件得到任意偏振状态的光。

　　同步辐射光源是高强度光源，有很高的辐射功率和功率密度。而且，同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因此它可以作为辐射计量——特别是真空紫外到X射线波段计量的标准光源。

　　同时，同步辐射光还是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在几十皮秒至几十纳秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，这种特性对“变化过程”的研究非常有用，如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程等。

　　此外，同步辐射光还具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而宝贵的性能。

　　（原载于《中国科学报》 2015-01-19 第8版 平台)