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最新新闻“鹦鹉螺”中的电子圆舞曲
http://www.pudongoffice.com 浦东写字楼网-浦东办公楼网 来源:浦东写字楼 2009-7-6 6:31:35
潺潺的流水和坚硬的钢铁，为何具有如此大的差别？事实上，物质不同的特性是由它们各自不同的内部结构所决定的。弄清物质的微观结构，是现代科学研究的一个基本课题。
1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线，它穿过可见光不能穿透的物质，把人类的视线带进了微观世界，让人们看清了分子的构成。然而，构成分子的原子乃至构成原子的更小粒子，仍然处在模糊的黑暗中。而同步辐射光的发现，彻底打开了人类的眼界。如果说X光是一支蜡烛，让人类看到了微观世界的模糊影像，那么，同步辐射光就是光芒万丈的太阳，让整个微观世界终于显露出潜藏的复杂构造。
目前位居世界先进行列的第三代同步辐射装置——“上海光源”的正式建成运行，为我国多学科前沿研究和高新技术开发应用，提供了先进的实验平台，将为提升我国的综合科技实力,作出不可替代的重要贡献。
过去四年多，一只巨大的科技“鹦鹉螺”静静地在浦东张江生长着，悄悄地孕育着体内的“神奇之光”。昨天，我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台、世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一——“上海光源”终于正式璀璨登台亮相了。
生命科学、材料科学、环境科学、化工、医药、地质、微电子……我国几乎所有学科的科学家，都热切地期盼着这一天。具有建设60多条光束线的能力、可提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光一，上海光源能同时容纳成千上百名来自全国乃至全世界的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。
投资12亿元、历经52个月，就为了得到几束同步辐射光？为什么要大费周章地进行技术攻关、大兴土木、建一个专门设备才能得到它？现在，就带你进入“鹦鹉螺”中探寻一番。
剧院 独一无二的“鹦鹉螺”
浦东张江，张衡路239号。一个巨大的鹦鹉螺式的建筑，银白铝板与蓝色保温玻璃组成相间的条纹。这里是一座特殊的剧院，由于在这里表演的“演员”都是我们肉眼看不见的电子团，所以对剧院也就有了很多特殊的要求。
首先，振动一定要轻，建筑上称为微振动。因为电子很小，振幅稍大，就会撞上真空管壁“香消玉殒”，而同步辐射光更敏感，其聚焦后的光斑会在1毫米以下，即使抖动只有几微米，也会让光斑无法对准样品。所以，对于剧院的要求是当振动频率在1～100赫兹时，引起的振幅不可超过0.3微米——这只相当于潮汐轻轻拍打沙滩引起的振动，超过这个幅度，对同步辐射来说，就无异于一场地震了。
要求够苛刻了，可“鹦鹉螺”还造在冲积平原的软土上。上海的软土地基早就出了名，而成陆较晚的张江，地基更是软得出奇——即使一辆载重不大的卡车开过，也能引起十几至几十微米的震动。更要命的是，整个“鹦鹉螺”底面有上万平方米，每个地方都必需达到微振动的要求。
上海光源的建设者，在进行了充分的调研、现场实测和计算机模拟计算后，终于想出了对策：打下2100根近50米长的钻孔灌注桩，再在桩底灌上水泥，然后在桩顶打上钢筋混凝土板，把上万平方米的地盘箍得固若金汤，桩上的圆形底板也特别加厚到1.35米。经最终实测，安静时振幅不到0.15微米，嘈杂时只有0.25微米左右。
其次，地基微沉降也必须小于1毫米，而且整个建筑的沉降必须非常均匀，实验大厅每年每10米的沉降差不得超过0.35毫米，储存环更要低于0.25毫米，而且建成3年后，这个数值还要小于0.1毫米。要知道，一般建筑沉降都是以厘米来计的。上海光源的建设者只好再次绞尽脑汁，用“大马拉小车”的办法，满足了这些苛刻的要求：浇筑承重量大的桩，使每根桩承载的重量减少，更不容易被压弯腰。最后，干脆把“马”和“车”捆在了一块儿：把大厅底板和钢筋水泥桩浇筑成一个整体，这样你拉我，我帮你，不仅沉得少，而且沉得均匀了。目前实测已达到了运行初期的指标。
最后，说说“鹦鹉螺”的外壳。那可不是徒具外貌。除了外壳分八个区域，每个区域中双曲面铝板形状块块不同外，由于实验大厅要求温度变化不得大于2℃，因此屋面采用保温、防水一体化处理，玻璃也采用了“透光不透热”的特殊工艺。目前实测大厅温度稳定度达到1℃。
另外，辐射防护也是一大难题。为了不让辐射剂量泄漏，在建造直线加速器、增强器、储存环隧道时，墙体都很厚，而且墙面不得有大于0.15毫米垂直墙面的贯穿裂缝，建成后的墙面没有裂缝，环境剂量实测结果是本底水平——与建造光源前几乎一致。光束线末端的实验站，更采用了厚实的铅板搭建，并且拼接得密丝合缝，还配上了多重安保措施，确保万一发生意外，也不会有辐射泄漏。
舞台 超高真空精密圆环
来看看上海光源这座剧院里超级庞大而复杂的舞台装置，电子就在这里以飞速旋转的舞步，发射出点亮科学家梦想的同步辐射光。
同步辐射装置由同步辐射光源及各种实验线站构成。光源首先要有产生电子并使其获得能量的加速器，然后让电子在储存环中稳定运行并发射出同步辐射光。这些光经过光束线输送到建于电子储存环外与光束线相接的各实验站进行实验。上海光源就是由直线加速器、增强器、储存环和多条光束线实验站构成。
到目前为止，同步辐射装置已经历三代。第一代是与高能物理研究兼用的，目前世界上正在使用的约有17台，其中包括中国科学院高能物理研究所的正负电子对撞机。第二代光源是专为同步辐射应用而设计的，上世纪80年代以来，世界上已先后建成23台，我国合肥国家同步辐射实验室的光源即属此类。随着探索微观世界的进程越来越深入，迫切需要亮度更高、性能更优良的光源。从1994年起到2008年底，世界上已有20台第三代同步辐射光源在运行，还有10台正在建造和设计中。
电子从出发的那一刻起，直到在储存环中稳定发光，包括引出的光束，都必须在非常稳定、密闭的超高真空管道中行进。在超高真空管道外，排列着大小各异、队形整齐的电磁铁，由它们产生的磁场来给电子约束尺寸和牵引方向，同时用高频加速腔给电子加速和补充能量。此外，围绕“舞台”的还有诸多高质量的光机电探测仪器和冷却温控等各种设备，为电子们成功登上舞台、安心表演服务，并为其表演评价打分。所有这些设备的安装摆放，无论朝向、上下左右的位置，其精度都达到十万分之一米。
直线加速器：“演员”上场
这里是电子出发的地方。电子枪能够根据需求，不间断地打出电子束。电子先在直线加速器中“加速跑”到150MeV（兆电子伏特）的能“量。在这段30米“加速跑”过程中，电子要跑过4根微波加速管、2个聚束器和3个聚焦单元。
这条跑道造起来真不容易，每根加速管有90个腔体组成，每个腔体的直径、孔、弧度都各不相同，都要一一优化设计。不过，真正的难题是聚束器。
上海光源首次在国内采用并研制成功了高Q无氧铜次谐波聚束器，可以让打出来的电子束尽快聚成团。原理很巧妙，在聚束器的腔体里通入微波，控制好时间，让先到的电子正好碰到微波的波谷，使电子的速度减慢，而后到的电子赶上微波的波峰，加速一把，于是电子的队形就会收紧，紧接着再经过另一个聚束器，电子束基本就能抱成一团了。
研制这种仪器，可是件繁难的活儿，因为当高能电子打到聚束器中无氧铜腔体壁上时，会激发出金属身上的电子，而激发出的电子落下时，又会继续打出电子，直到整个聚束器中都乱成一团，这就是电子倍增效应。为了排除电子倍增效应的干扰，工程科技人员仔细设计了腔体的形状，使电子不容易打到壁上，又在腔体外面加上磁铁，让被激发出的电子无法继续激发别的电子，消除了干扰。
增强器：帮助电子在半秒钟内完成40万圈加速
经过第一阶段的直线加速，电子就要进入周长180米环形的“第二跑道”。在这里，电子需在0.25秒内迅速跑完40万圈，将能量骤升20多倍，达到3.5吉电子伏特，然后进入储存环，正式登台发出同步辐射光。
修建这段“跑道”，也是件高难度的活儿。首先，“跑道”的入口和出口要求非常高。电子从直线加速器进入增强器，需要有个磁场指引方向，但电子一进入增强器，这个磁场必须在电子跑完约半圈，即0.2微秒之前彻底消失，否则会在第二圈把电子“赶”出跑道。同样，当电子出增强器时，出口处的磁场也必须瞬间建立。这些快脉冲磁铁和提供脉冲的电源，全部由工程人员自行研制成功。
其次，电子在40万圈的加速跑中，每一步的磁场强度都必须非常精确而稳定，稍有偏差，电子就可能跑丢。而磁铁中的磁场，都是靠电源来控制其产生和消失，电子在增强器里的活动，决定了增强器电源必须同时具备大象和小鼠的本领——峰值功率强大且转换极其灵敏。本领这么大的电源设备，如果全部从国外进口，不仅价格昂贵，而且国外此类电源质量也并不过硬。于是，2005年底，工程科研人员决定自己开发高性能大功率直流和动态磁铁电源。通过招投标，他们找到了一家国内厂商，共同研发生产。最后，整个上海光源的动态磁铁电源全部实现国产化，价格比全进口降低了一半。和工程科技人员一起高兴的，是这家电源厂家——这轮合作下来，他们的技术能力扶摇直上，敢于向以前从不敢问津的高端市场进军了。
为了能让电源控制非常精确，科研人员还与国内厂家合作，开发出了稳定度达到十万分之一的高精度数字化电源控制器，这种控制器能在1秒钟里精确开关电源2万次。它不但性能好、精度高，而且体积小，便于维护。驱动整个光源上千块磁铁的700多台各类电源，全部采用了数字化电源控制器，其中约有一半为国产控制器。
储存环：长432米的真正舞台
电子能量达到3.5吉电子伏特，就被引出增强器，登上储存环的“舞台”，在跳起欢快圆舞曲的同时，不断发出同步辐射光。在这个周长432米的大圆环里，可以24小时不间断地为60多条光束线供光。
不过，电子在这里的一举一动都非常有讲究。从进门说起，电子进入储存环的时候就得非常小心，因为已经有别的电子束在储存环中运行，后来者就得小心翼翼地“溜”进去，尽量不去打扰已经登台表演的电子束，否则“观众席”上的用户就会提意见：怎么光斑不稳定了？为了让表演的电子数目（电子流强）保持恒定，还需要采用先进的“恒流注入”技术。
所谓“恒流注入”就是不断向储存环内补充电子束流，保持同步辐射光的强度稳定。因为电子在不断发出同步辐射时，也会有极少量的电子“香消玉殒”，电子流强在几十个小时内可能减少一半，这就需要不断有高能量的新电子补充进来。采用“恒流注入”之前，同步辐射装置只能将电子一次性注入储存环，待流强衰减到一定程度后，再全部清除，重新注入新电子。而采用这种技术后，就能得到24小时不间断的等强度同步辐射光。原本，上海光源打算在二期才实现“恒流注入”，不过科研人员提早在一期就基本实现了这一目标。
储存环中的超高真空室，是电子真正的舞台。上海光源采用的是国内首次研制的不锈钢真空室，与常用的铝真空室相比，可谓价廉物美。由于预算和工期限制，工程不可能采用价格昂贵、加工周期长的铝真空室，又由于工程设计要求，部分真空室必须采用不锈钢材料。于是，工程经理部决定自主研制不锈钢真空室。当时，国外专家甚至认为中国很难研制并按时批量加工总长为432米的储存环不锈钢真空室。但“上海光源”的建设者真的做到了，而且电子已在里面稳定地跳起了圆圈舞。
观众席 科学实现梦想的地方
所有前面的努力，都是为了这里的精彩，而这里也将是最为抢眼的地方，因为科学家能够在这里实现自己的科学思想，做出惊人的成绩。在同步辐射装置的光束线站，诞生了获得1997年、2003年、2006年诺贝尔化学奖的科研成果。
同步辐射装置的光束线和实验站，是整个“剧院”的观众席，但这里的观众并不直接看电子的“圆舞曲”，也不直接看电子束抛射出的同步辐射光（因为绝大部分不属于可见光范围，又由于能量太高，不能直接接触眼睛），而是利用光束线引出的同步辐射光，在实验站中进行实验，他们观看的是通过摄像头传输出来的实验过程，以及通过各种仪器、软件得到的实验数据，比如看蛋白质如何折叠、肌肉纤维如何收缩、晶体如何生长等。
从储存环的切线方向伸出来的一条条光束线，可以根据实验用户的不同需求，把包含了各种波段的同步辐射光过滤成用户需要的光源，比如硬X射线、软X射线等等。这件事情主要就由单色器来完成。上海光源首次研制成功了国产变包含角平面光栅单色器，其能量分辨率超过1万，性能指标已独步世界。
你一定很好奇，在这些光束线末端的实验站上，到底能做些什么？能看到些什么？上海光源虽然尚未正式对外开放，但在试运行阶段，已经得到了一些有趣的结果。
在生物医学应用线站，已经看到了7亿年前胚胎化石的内部结构、拍下了蝗虫活体的呼吸透视图、看到了肿瘤组织的血管分布，甚至小儿胎发粗如树皮的表面；
在硬X射线微聚焦线站，引出的光特别亮，聚成的光斑特别小，不到2微米，以后还能缩小到0.2微米以下，能看清几百纳米的细微结构，可以用来分析大气污染微粒上的元素分布、解析细胞内部全部元素分布。用它来做扫描成像，就能拍出非常精细的CT图像；……“上海光源”的设计使用寿命为30年。30年，“鹦鹉螺”中将上演多少精彩“剧目”，诞生多少令人怦然心动、终生铭记的时刻。东海之滨，这个发出神奇之光的地方，必将照亮我国科研的创新之路。
同步辐射光源主体结构
一般由全能量注入器（包括电子直线加速器和增强器）、电子储存环、光束线和实验站4部分构成。
电子由直线加速器一端的电子枪打出，在微波的作用下加速和提高能量，再注入环形增强器中继续提高能量。当电子的能量达到指标时，即被注入到电子储存环中。这时，电子在其运动轨迹的切线方向上，释放出稳定的同步辐射光。利用特定的光学系统，对光束线中的同步辐射光进行筛选和处理，将满足各学科研究需要的各类同步辐射光输送到实验站，供实验使用。
相关链接 “上海光源”放出的是什么光？
天文学家借助无线电波，探索遥远的未知星球；士兵借助雷达的微波，侦察到几百公里外的飞机；医生通过X光，透视病人的骨骼和内脏……“上海光源”产生的则是同步辐射光。
同步辐射光是如何被发现的？
1947年，美国科学家在用同步高能加速器做实验时发现：在真空环境中，以接近光速运动的电子在改变运动方向时，会沿运动的切线方向释放出明亮的蓝白色光。由于这种电磁波来源于同步加速器，因而被称为同步辐射光。
同步辐射光有什么特点？
同步辐射光又亮又直，强度比X光高上万倍、亮度比X光高上亿倍，且非常稳定，从红外光到硬X射线都有，只要进行适当过滤，就能得到所需波长非常纯净的光。它可以做许多在常规光源下无法进行的研究。下图为同步辐射光与普通X光的精度比较。
“上海光源”是性能居世界一流水平的中能同步辐射装置，现阶段与之比肩的还有3台装置，分别是英国的DIAMOND光源、法国的SOLEIL光源和西班牙的ALBA光源——
【来源：新华社】浦东写字楼网
1895年，德国物理学家伦琴发现了X射线，它穿过可见光不能穿透的物质，把人类的视线带进了微观世界，让人们看清了分子的构成。然而，构成分子的原子乃至构成原子的更小粒子，仍然处在模糊的黑暗中。而同步辐射光的发现，彻底打开了人类的眼界。如果说X光是一支蜡烛，让人类看到了微观世界的模糊影像，那么，同步辐射光就是光芒万丈的太阳，让整个微观世界终于显露出潜藏的复杂构造。
目前位居世界先进行列的第三代同步辐射装置——“上海光源”的正式建成运行，为我国多学科前沿研究和高新技术开发应用，提供了先进的实验平台，将为提升我国的综合科技实力,作出不可替代的重要贡献。
过去四年多，一只巨大的科技“鹦鹉螺”静静地在浦东张江生长着，悄悄地孕育着体内的“神奇之光”。昨天，我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台、世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一——“上海光源”终于正式璀璨登台亮相了。
生命科学、材料科学、环境科学、化工、医药、地质、微电子……我国几乎所有学科的科学家，都热切地期盼着这一天。具有建设60多条光束线的能力、可提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光一，上海光源能同时容纳成千上百名来自全国乃至全世界的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。
投资12亿元、历经52个月，就为了得到几束同步辐射光？为什么要大费周章地进行技术攻关、大兴土木、建一个专门设备才能得到它？现在，就带你进入“鹦鹉螺”中探寻一番。
剧院 独一无二的“鹦鹉螺”
浦东张江，张衡路239号。一个巨大的鹦鹉螺式的建筑，银白铝板与蓝色保温玻璃组成相间的条纹。这里是一座特殊的剧院，由于在这里表演的“演员”都是我们肉眼看不见的电子团，所以对剧院也就有了很多特殊的要求。
首先，振动一定要轻，建筑上称为微振动。因为电子很小，振幅稍大，就会撞上真空管壁“香消玉殒”，而同步辐射光更敏感，其聚焦后的光斑会在1毫米以下，即使抖动只有几微米，也会让光斑无法对准样品。所以，对于剧院的要求是当振动频率在1～100赫兹时，引起的振幅不可超过0.3微米——这只相当于潮汐轻轻拍打沙滩引起的振动，超过这个幅度，对同步辐射来说，就无异于一场地震了。
要求够苛刻了，可“鹦鹉螺”还造在冲积平原的软土上。上海的软土地基早就出了名，而成陆较晚的张江，地基更是软得出奇——即使一辆载重不大的卡车开过，也能引起十几至几十微米的震动。更要命的是，整个“鹦鹉螺”底面有上万平方米，每个地方都必需达到微振动的要求。
上海光源的建设者，在进行了充分的调研、现场实测和计算机模拟计算后，终于想出了对策：打下2100根近50米长的钻孔灌注桩，再在桩底灌上水泥，然后在桩顶打上钢筋混凝土板，把上万平方米的地盘箍得固若金汤，桩上的圆形底板也特别加厚到1.35米。经最终实测，安静时振幅不到0.15微米，嘈杂时只有0.25微米左右。
其次，地基微沉降也必须小于1毫米，而且整个建筑的沉降必须非常均匀，实验大厅每年每10米的沉降差不得超过0.35毫米，储存环更要低于0.25毫米，而且建成3年后，这个数值还要小于0.1毫米。要知道，一般建筑沉降都是以厘米来计的。上海光源的建设者只好再次绞尽脑汁，用“大马拉小车”的办法，满足了这些苛刻的要求：浇筑承重量大的桩，使每根桩承载的重量减少，更不容易被压弯腰。最后，干脆把“马”和“车”捆在了一块儿：把大厅底板和钢筋水泥桩浇筑成一个整体，这样你拉我，我帮你，不仅沉得少，而且沉得均匀了。目前实测已达到了运行初期的指标。
最后，说说“鹦鹉螺”的外壳。那可不是徒具外貌。除了外壳分八个区域，每个区域中双曲面铝板形状块块不同外，由于实验大厅要求温度变化不得大于2℃，因此屋面采用保温、防水一体化处理，玻璃也采用了“透光不透热”的特殊工艺。目前实测大厅温度稳定度达到1℃。
另外，辐射防护也是一大难题。为了不让辐射剂量泄漏，在建造直线加速器、增强器、储存环隧道时，墙体都很厚，而且墙面不得有大于0.15毫米垂直墙面的贯穿裂缝，建成后的墙面没有裂缝，环境剂量实测结果是本底水平——与建造光源前几乎一致。光束线末端的实验站，更采用了厚实的铅板搭建，并且拼接得密丝合缝，还配上了多重安保措施，确保万一发生意外，也不会有辐射泄漏。
舞台 超高真空精密圆环
来看看上海光源这座剧院里超级庞大而复杂的舞台装置，电子就在这里以飞速旋转的舞步，发射出点亮科学家梦想的同步辐射光。
同步辐射装置由同步辐射光源及各种实验线站构成。光源首先要有产生电子并使其获得能量的加速器，然后让电子在储存环中稳定运行并发射出同步辐射光。这些光经过光束线输送到建于电子储存环外与光束线相接的各实验站进行实验。上海光源就是由直线加速器、增强器、储存环和多条光束线实验站构成。
到目前为止，同步辐射装置已经历三代。第一代是与高能物理研究兼用的，目前世界上正在使用的约有17台，其中包括中国科学院高能物理研究所的正负电子对撞机。第二代光源是专为同步辐射应用而设计的，上世纪80年代以来，世界上已先后建成23台，我国合肥国家同步辐射实验室的光源即属此类。随着探索微观世界的进程越来越深入，迫切需要亮度更高、性能更优良的光源。从1994年起到2008年底，世界上已有20台第三代同步辐射光源在运行，还有10台正在建造和设计中。
电子从出发的那一刻起，直到在储存环中稳定发光，包括引出的光束，都必须在非常稳定、密闭的超高真空管道中行进。在超高真空管道外，排列着大小各异、队形整齐的电磁铁，由它们产生的磁场来给电子约束尺寸和牵引方向，同时用高频加速腔给电子加速和补充能量。此外，围绕“舞台”的还有诸多高质量的光机电探测仪器和冷却温控等各种设备，为电子们成功登上舞台、安心表演服务，并为其表演评价打分。所有这些设备的安装摆放，无论朝向、上下左右的位置，其精度都达到十万分之一米。
直线加速器：“演员”上场
这里是电子出发的地方。电子枪能够根据需求，不间断地打出电子束。电子先在直线加速器中“加速跑”到150MeV（兆电子伏特）的能“量。在这段30米“加速跑”过程中，电子要跑过4根微波加速管、2个聚束器和3个聚焦单元。
这条跑道造起来真不容易，每根加速管有90个腔体组成，每个腔体的直径、孔、弧度都各不相同，都要一一优化设计。不过，真正的难题是聚束器。
上海光源首次在国内采用并研制成功了高Q无氧铜次谐波聚束器，可以让打出来的电子束尽快聚成团。原理很巧妙，在聚束器的腔体里通入微波，控制好时间，让先到的电子正好碰到微波的波谷，使电子的速度减慢，而后到的电子赶上微波的波峰，加速一把，于是电子的队形就会收紧，紧接着再经过另一个聚束器，电子束基本就能抱成一团了。
研制这种仪器，可是件繁难的活儿，因为当高能电子打到聚束器中无氧铜腔体壁上时，会激发出金属身上的电子，而激发出的电子落下时，又会继续打出电子，直到整个聚束器中都乱成一团，这就是电子倍增效应。为了排除电子倍增效应的干扰，工程科技人员仔细设计了腔体的形状，使电子不容易打到壁上，又在腔体外面加上磁铁，让被激发出的电子无法继续激发别的电子，消除了干扰。
增强器：帮助电子在半秒钟内完成40万圈加速
经过第一阶段的直线加速，电子就要进入周长180米环形的“第二跑道”。在这里，电子需在0.25秒内迅速跑完40万圈，将能量骤升20多倍，达到3.5吉电子伏特，然后进入储存环，正式登台发出同步辐射光。
修建这段“跑道”，也是件高难度的活儿。首先，“跑道”的入口和出口要求非常高。电子从直线加速器进入增强器，需要有个磁场指引方向，但电子一进入增强器，这个磁场必须在电子跑完约半圈，即0.2微秒之前彻底消失，否则会在第二圈把电子“赶”出跑道。同样，当电子出增强器时，出口处的磁场也必须瞬间建立。这些快脉冲磁铁和提供脉冲的电源，全部由工程人员自行研制成功。
其次，电子在40万圈的加速跑中，每一步的磁场强度都必须非常精确而稳定，稍有偏差，电子就可能跑丢。而磁铁中的磁场，都是靠电源来控制其产生和消失，电子在增强器里的活动，决定了增强器电源必须同时具备大象和小鼠的本领——峰值功率强大且转换极其灵敏。本领这么大的电源设备，如果全部从国外进口，不仅价格昂贵，而且国外此类电源质量也并不过硬。于是，2005年底，工程科研人员决定自己开发高性能大功率直流和动态磁铁电源。通过招投标，他们找到了一家国内厂商，共同研发生产。最后，整个上海光源的动态磁铁电源全部实现国产化，价格比全进口降低了一半。和工程科技人员一起高兴的，是这家电源厂家——这轮合作下来，他们的技术能力扶摇直上，敢于向以前从不敢问津的高端市场进军了。
为了能让电源控制非常精确，科研人员还与国内厂家合作，开发出了稳定度达到十万分之一的高精度数字化电源控制器，这种控制器能在1秒钟里精确开关电源2万次。它不但性能好、精度高，而且体积小，便于维护。驱动整个光源上千块磁铁的700多台各类电源，全部采用了数字化电源控制器，其中约有一半为国产控制器。
储存环：长432米的真正舞台
电子能量达到3.5吉电子伏特，就被引出增强器，登上储存环的“舞台”，在跳起欢快圆舞曲的同时，不断发出同步辐射光。在这个周长432米的大圆环里，可以24小时不间断地为60多条光束线供光。
不过，电子在这里的一举一动都非常有讲究。从进门说起，电子进入储存环的时候就得非常小心，因为已经有别的电子束在储存环中运行，后来者就得小心翼翼地“溜”进去，尽量不去打扰已经登台表演的电子束，否则“观众席”上的用户就会提意见：怎么光斑不稳定了？为了让表演的电子数目（电子流强）保持恒定，还需要采用先进的“恒流注入”技术。
所谓“恒流注入”就是不断向储存环内补充电子束流，保持同步辐射光的强度稳定。因为电子在不断发出同步辐射时，也会有极少量的电子“香消玉殒”，电子流强在几十个小时内可能减少一半，这就需要不断有高能量的新电子补充进来。采用“恒流注入”之前，同步辐射装置只能将电子一次性注入储存环，待流强衰减到一定程度后，再全部清除，重新注入新电子。而采用这种技术后，就能得到24小时不间断的等强度同步辐射光。原本，上海光源打算在二期才实现“恒流注入”，不过科研人员提早在一期就基本实现了这一目标。
储存环中的超高真空室，是电子真正的舞台。上海光源采用的是国内首次研制的不锈钢真空室，与常用的铝真空室相比，可谓价廉物美。由于预算和工期限制，工程不可能采用价格昂贵、加工周期长的铝真空室，又由于工程设计要求，部分真空室必须采用不锈钢材料。于是，工程经理部决定自主研制不锈钢真空室。当时，国外专家甚至认为中国很难研制并按时批量加工总长为432米的储存环不锈钢真空室。但“上海光源”的建设者真的做到了，而且电子已在里面稳定地跳起了圆圈舞。
观众席 科学实现梦想的地方
所有前面的努力，都是为了这里的精彩，而这里也将是最为抢眼的地方，因为科学家能够在这里实现自己的科学思想，做出惊人的成绩。在同步辐射装置的光束线站，诞生了获得1997年、2003年、2006年诺贝尔化学奖的科研成果。
同步辐射装置的光束线和实验站，是整个“剧院”的观众席，但这里的观众并不直接看电子的“圆舞曲”，也不直接看电子束抛射出的同步辐射光（因为绝大部分不属于可见光范围，又由于能量太高，不能直接接触眼睛），而是利用光束线引出的同步辐射光，在实验站中进行实验，他们观看的是通过摄像头传输出来的实验过程，以及通过各种仪器、软件得到的实验数据，比如看蛋白质如何折叠、肌肉纤维如何收缩、晶体如何生长等。
从储存环的切线方向伸出来的一条条光束线，可以根据实验用户的不同需求，把包含了各种波段的同步辐射光过滤成用户需要的光源，比如硬X射线、软X射线等等。这件事情主要就由单色器来完成。上海光源首次研制成功了国产变包含角平面光栅单色器，其能量分辨率超过1万，性能指标已独步世界。
你一定很好奇，在这些光束线末端的实验站上，到底能做些什么？能看到些什么？上海光源虽然尚未正式对外开放，但在试运行阶段，已经得到了一些有趣的结果。
在生物医学应用线站，已经看到了7亿年前胚胎化石的内部结构、拍下了蝗虫活体的呼吸透视图、看到了肿瘤组织的血管分布，甚至小儿胎发粗如树皮的表面；
在硬X射线微聚焦线站，引出的光特别亮，聚成的光斑特别小，不到2微米，以后还能缩小到0.2微米以下，能看清几百纳米的细微结构，可以用来分析大气污染微粒上的元素分布、解析细胞内部全部元素分布。用它来做扫描成像，就能拍出非常精细的CT图像；……“上海光源”的设计使用寿命为30年。30年，“鹦鹉螺”中将上演多少精彩“剧目”，诞生多少令人怦然心动、终生铭记的时刻。东海之滨，这个发出神奇之光的地方，必将照亮我国科研的创新之路。
同步辐射光源主体结构
一般由全能量注入器（包括电子直线加速器和增强器）、电子储存环、光束线和实验站4部分构成。
电子由直线加速器一端的电子枪打出，在微波的作用下加速和提高能量，再注入环形增强器中继续提高能量。当电子的能量达到指标时，即被注入到电子储存环中。这时，电子在其运动轨迹的切线方向上，释放出稳定的同步辐射光。利用特定的光学系统，对光束线中的同步辐射光进行筛选和处理，将满足各学科研究需要的各类同步辐射光输送到实验站，供实验使用。
相关链接 “上海光源”放出的是什么光？
天文学家借助无线电波，探索遥远的未知星球；士兵借助雷达的微波，侦察到几百公里外的飞机；医生通过X光，透视病人的骨骼和内脏……“上海光源”产生的则是同步辐射光。
同步辐射光是如何被发现的？
1947年，美国科学家在用同步高能加速器做实验时发现：在真空环境中，以接近光速运动的电子在改变运动方向时，会沿运动的切线方向释放出明亮的蓝白色光。由于这种电磁波来源于同步加速器，因而被称为同步辐射光。
同步辐射光有什么特点？
同步辐射光又亮又直，强度比X光高上万倍、亮度比X光高上亿倍，且非常稳定，从红外光到硬X射线都有，只要进行适当过滤，就能得到所需波长非常纯净的光。它可以做许多在常规光源下无法进行的研究。下图为同步辐射光与普通X光的精度比较。
“上海光源”是性能居世界一流水平的中能同步辐射装置，现阶段与之比肩的还有3台装置，分别是英国的DIAMOND光源、法国的SOLEIL光源和西班牙的ALBA光源——
【来源：新华社】浦东写字楼网
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