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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4年零4個月建設的國家重大科學工程，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系？帶著這些疑問，本報記者獨家采訪了中國科學院院士楊福家。楊福家院士不僅是該領域的專家，而且早在1995年，他曾和謝希德等科學家一起，在市政協相關會議上提出“在上海建造第三代同步輻射光源”的提案，為“上海光源”的故事寫下了一個精彩開頭。轉眼14個年頭過去，從上海到全國，各級領導、科學家、工程技術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，帶領本報讀者一起“神游”上海光源。

　　它是一個“光的博物館”

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

　　楊福家：“上海光源”的學名叫“上海同步輻射光源”。嚴格來說，它不是用來制造我們肉眼可見的“光”，而是發出從遠紅外到硬X射線的不同波長的電磁波。與可見光相比，這些“看不見的光”波長更短，能量更高。

　　簡單來說，“上海光源”的工作原理，是讓接近光速運動的電子在磁場中作曲線運動，因為改變運動方向而釋放的能量，將轉換成各種波段的電磁波。其本質與我們日常接觸的可見光和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年在高能物理實驗用的同步加速器上發現的，因而被命名為同步輻射(Synchrotron radiation)。

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

　　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米周長的一個大環———儲存器；與之相切的內圈，是一個180米周長的小環———增強器；小環還連著一根40米長、直直的尾巴———直線電子加速器。在這條有直道、有彎道的“光電隧道”中，能量傳送方向為“直線—小環—大環”。

　　出光的具體過程是這樣的，高壓電從直線加速器扣動“電子槍”，發射出無數個電子。它們在直線隧道內的真空電磁場中疾行，加速至接近光速水平，能量達到150兆電子伏特(150M eV)。接著，這股低能光束線便打彎“注入”內圈小環隧道———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，最后“注入”外圈大環隧道———比400米跑道還長的儲存器。高能光束線晝夜不停地高速穿行，并沿著大環不斷“轉圈”，在不同切線方向上“條分縷析”，引出數十束不同波長的形形色色的光，覆蓋從遠紅外線到硬X射線的所有波段，供外圍大廳內成百上千的實驗站科研人員進行多學科研究。

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

　　能給螞蚱觸角拍X光片

　　新聞視點：“上海光源”有哪些具體用途呢？

　　楊福家：它可以產生不同波長的電磁波，能為各領域的科學家做研究提供條件。例如對醫學專家來說，可能在這里找到一種新的射線，成像效果比現在的X射線更好，也許今后醫院里就不用X射線拍片了———這就和普通人的生活有很近的關系了。

　　以X射線為例，“上海光源”所發出的X射線，品質絕對是世界一流的。目前，國際上的X射線成像技術越來越高精尖，不僅趨向于更高的空間分辨率(納米量級)，同時趨向于更快的時間分辨率(1毫秒或更短)。“上海光源”即將對外開放的X射線成像及生物醫學應用光束線站，正朝這些方向努力。打個比方，這座光束線站，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遺，這是傳統X光機無法辦到的。

　　用途還有很多。在材料科學領域，利用“上海光源”產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，得到有價值的電磁結構參數。它們既是理解材料性能的“科學鑰匙”，也隱含著發明新穎材料的原理來源；

　　在地球科學領域，利用X射線作為微探針，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、礦物、巖石、探礦以及地球化學研究起著重要作用；

　　在微細加工技術領域，利用X射線深度光刻技術，可以“搞定”線寬在幾十納米以下的高度集成電路；

　　在石化及化學工業領域，可以研究催化機理和催化劑特性，有助于發明新型催化劑，直接影響到石油化工的效率和產出；

　　在產品研發與檢測方面，可進行飛機發動機和航天器疲勞測試、紙漿無氯漂白工藝改進、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開放的光束線，共有7條。7束光各配套一座實驗站，供課題單位及專家們進行科學實驗。目前已收到78所大學、科研院所的用戶課題申請242份，累計2868個機時，首批課題正在評審中。

　　這還只是“小試牛刀”的一期工程。據專家估計，整個上海光源總共能建約60條光束線，每條線上可建1—2個實驗站。每條光束線的投資，相當于一個國家級重點實驗室的規模。可以想象，今后在這個鸚鵡螺里，將誕生多少令世人驚嘆的科學奇跡！

　　總能量居世界第四

　　新聞視點：“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，參觀“上海光源”，你會打心眼里為中國人感到自豪。它的性能超過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年科學家首次觀察到同步輻射現象，這類光源裝置迄今已發展出第三代。第一代同步輻射光源是“附生”于高能物理實驗專用對撞機的兼用機；第二代同步輻射光源是基于同步輻射專用儲存環的專用機；第三代同步輻射光源是基于性能更高的同步輻射專用儲存環的專用機，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、歐的同類裝置。

　　目前，全球各個國家和地區有一、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，全球每天都有上萬名科學家和工程師，利用這些光源產生的不同波長的光，從事前沿學科研究和高新技術開發。

　　微觀層面的“發射衛星”

　　新聞視點：“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“上海光源”的工作原理，有點像微觀層面的“發射衛星”———就是要通過施加外力，讓電子在一個個指定軌道上運行，其精度要求，比發射衛星高100萬倍。當然，我們也有容易的地方，就是萬一把電子搞丟了不要緊，把衛星搞丟了可不行。上海光源工程進展速度之快、質量之高，在國際上都是數一數二的。

　　國外有不少投資比我們高、建造時間比我們長的同類裝置，質量卻不如我們理想。我在很多場合都會跟人提起“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，原本在學術界默默無聞，“上海光源”的成功，也令國際同行立馬注意起他們來，真可以說是學術界難得的“一夜成名”。

　　建“上海光源”有多難？舉個例子，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微米以內。

　　控制這1微米有多難？要知道，各種干擾因素實在不少：施工的地基會有不均勻的沉降，儲存環隧道和實驗大廳的地板會扭曲和變形，儲存環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源……任何一個細節出問題，都無法保證實現這個“1微米以內”的目標。所以工程人員隨時隨地都在嚴密監測，用一系列手段使光源穩定性達到世界一流水平。

　　承建單位中國科學院上海應用物理所的技術人員分成不同班組，從早8點到晚5點，從晚5點到早8點，24小時都能在工程現場見到他們。即便在嚴格控制的25攝氏度恒定室溫下，這些專家有時還是會憋出一身汗。在那幾百米長的“光之隧道”內，必須像列車編組一樣，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。正是有無數工程技術人員的兢兢業業，“上海光源”的光束流軌道穩定度達到國際一流水準。

　　還有，10萬多個信號點，沒有接錯一根電纜；國際上通常要2至3個月完成的工程環節，“上海光源”只用了兩個星期……在前幾天進行的專家測試中，國內外同行一致認為“建設質量達世界一流”。

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