上海光源工程裝備LEICADM2500P偏光顯微鏡

　　近期,上海光源工程從本公司采購了德國LEICA DM2500P研究級偏光顯微鏡.

　　上海光源是一臺高性能的中能第三代同步輻射光源，它的英文全名為Shanghai Synchrotron Radiation facility，簡稱SSRF。它是我國迄今為止最大的大科學裝置和大科學平臺，在科學界和工業界有著廣泛的應用價值，每天能容納數百名來自全國或全世界不同學科、不同領域的科學家和工程師在這里進行基礎研究和技術開發。

　　同步輻射是由以接近光速運動的電子在磁場中作曲線運動改變運動方向時所產生的電磁輻射,其本質與我們日常接觸的可見光和X光一樣，都是電磁輻射。由于這種輻射是1947年在同步加速器上被發現的，因而被命名為同步輻射(Synchrotron radiation)。由于同步輻射造成的能量損失極大地阻礙了高能加速器能量的提高，因此在早期同步輻射被作為高能物理極力要排除的因素。后來，人們發現同步輻射具有常規光源不可比擬的優良性能，如高準直性，高極化性，高相干性，寬的頻譜范圍、高光譜耀度和高光子通量等。從70年代開始，發達國家逐步開展了同步輻射的應用研究，其卓越的性能為人們開展科學研究和應用研究帶來了廣闊的前景，因此在幾乎所有的高能電子加速器上都建造了同步輻射線站，以及各種應用同步輻射光的實驗裝置。

　　同步輻射光源自1947年代誕生以來，已有近60年的歷史，隨著應用研究工作不斷深入，應用范圍不斷拓展，對同步輻射光源的要求也不斷提高，并經歷了三代的快速歷史發展階段。第一代同步輻射光源是寄生于高能物理實驗專用的高能對撞機的兼用機，如北京光源(BSR)就是寄生于北京正負電子對撞機(BEPC)的典型第一代同步輻射光源;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，如合肥國家同步輻射實驗室(HLS);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(SSRF)。目前世界上已建成的第一代同步輻射光源有17臺，第二代有23臺，第三代有13臺(包括我國臺灣及南韓的各1臺)，正在建造和設計的第三代同步輻射光源有12臺。預計到2010年前后，每天將有上萬名科學家和工程師同時使用這些同步輻射光源，從事前沿學科研究和高新技術開發。

　　第一代、第二代、第三代同步輻射光源之間的最主要的區別，是在于作為發光光源的電子束斑尺寸或電子發射度的迥異。例如第二代的合肥同步輻射光源，其電子束發射度約150納米弧度，而第三代的上海光源，其電子束發射度約4納米弧度，二者相差近40倍，結果得到的光亮度差1600倍，近三個量級!另一顯著差別是可使用的插入件的數量懸殊，第二代光源僅能安裝幾個插入件，而第三代光源可有十幾個到幾十個插入件。由于插入件產生的光較之彎轉磁鐵產生的光具有更高的亮度和更好的性能，可見插入件數量的多寡可直觀地表征光源的性能的優劣。

　　2、上海光源的先進性能與國際地位

　　1)上海光源的先進性

　　性能價格比高：儲存環的能量3.5GeV，在中能區光源中能量最高，性能優化在用途最廣的X射線能區。利用近年來插入件技術的新進展，不僅可在光子能量為1~5keV產生最高耀度的同步輻射光，而且在5~20keV光譜區間可產生性能趨近6~8GeV高能量光源所產生的高耀度硬X光;

　　全波段：波長范圍寬，從遠紅外直到硬X射線，且連續可調。利用不同波長的單色光，可揭示用其他光源無法得知的科學秘密;

　　高強度：總功率為600千瓦，是X光機的上萬倍。光通量大于1015光子/(S.10-3bw)。高強度和高通量為縮短實驗數據獲取時間、進行條件難以控制的實驗以及醫學、工業應用提供了可能;

　　高耀度：其耀度是最強的X光機的上億倍，主要光譜復蓋區的光耀度為1017～1020光子/(S.mm2.mrad2.10-3bw)。高亮度為取得突破性科技成果提供了高空間分辨、高動量分辨和超快時間分辨的條件;

　　優良的脈沖時間結構：其脈沖寬度僅為幾十皮秒，可以單束團或多束團模式運行，相鄰脈沖間隔可調為幾納秒至微秒量級，能為研究化學反應動力過程、生命過程、材料結構變化過程和大氣環境污染過程等提供正確可信的數據;

　　高偏振：上海光源中在電子軌道平面上放出的同步光是完全線極化的, 而離開電子軌道平面方向發射的同步光則是橢圓極化的，因而是研究具有旋光性的生物分子、藥物分子和表現為雙色性的磁性材料的有力工具;

　　準相干：上海光源從插入件引出的高耀度光具有部分相干性, 為眾多前沿學科的顯微全息成像分析開辟了道路;

　　高穩定性，可以提供十幾到幾十小時的穩定束流，光束位置穩定度僅約光斑的10%;

　　高效性：總共將建設近60條以上光束線和上百個實驗站，給用戶的供光機時將超過5000小時/年，每天可容納幾百名來自海內外不同學科領域或公司企業的科學家/工程師，夜以繼日地在各自的實驗站上使用同步輻射光;

　　靈活性：光源可運行于單束團、多束團、高通量、高亮度和窄脈沖等多種模式，可依據用戶需求快速變換運行模式，以滿足用戶的多種需求;

　　前瞻性：首批光束線站的科學目標先進，能夠滿足我國多個學科領域對同步輻射應用的迫切需要，并至少具有30年科學壽命。

　　2)建成后的水平和國際地位

　　SSRF能量居世界第四(僅次于日本SPring-8、美國APS、歐洲ESRF)，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;

　　光源建造規模符合我國國情，投資適中，在寬廣的光子能區具有好的性能價格比。光子能量范圍優化在0.1~40keV。在5~20keV的硬X射線區，其耀度可接近大而昂貴的6~8GeV的第三代光源。在1~5keV能譜范圍內的耀度居世界最高之列;

　　SSRF將在亞洲地區與日本SPring-8 (8GeV)、韓國PLS (2.5GeV)、中國臺灣TLS (1.5GeV)和印度Indus-II (2.5GeV) 等高低能量的第三代同步輻射光源一起形成可以與美國和歐洲比擬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。

　　科學壽命大于30年。

　　3、上海光源的建設目標與技術挑戰

　　1)上海光源的建設目標

　　上海光源屬中能第三代同步輻射光源，其電子束能量為3.5GeV，僅次于日本的SPring-8 (8GeV)、美國的APS(7GeV)和歐洲共同體的ESRF(6GeV)，居世界第四。上海光源包括一臺100MeV的電子直線加速器、一臺能在0.5秒內把電子束從100MeV加速到3.5GeV全能量的增強器和一臺3.5GeV的高性能電子儲存環，以及首批建成的7+1條光束線站。上海光源儲存環平均流強300mA，最小發射度4納米弧度，束流壽命大于10小時。配以先進的插入件后，可在用戶需求最集中的光子能區(0.1~40keV)產生高通量、高耀度的同步輻射光，光子亮度大于1019。儲存環共有40塊彎轉二極磁鐵、16個6.5米的標準直線節和4個12米的超長直線節，具有安裝26條插入件光束線、36條彎鐵光束線和若干條紅外光束線等共60多條光束線的能力，它可同時為近百個實驗站供光。首批建造的5條基于插入件的光束線站，分別是生物大分子晶體學線站、XAFS線站、硬X射線微聚焦及應用線站、X射線成像與生物醫學應用線站、軟X射線掃描顯微線站;2條基于彎轉磁鐵的光束線站分別是高分辨衍射線站和X射線散射線站。此外，還將建造一個基于軟X射線光束線的X射線干涉光刻分支線站。

　　2)上海光源的技術難度

　　上海光源是極其復雜的大科學工程，包含有眾多系統，它們分別涉及超導高頻及低溫技術、超高真空技術、高精度數字化電源技術、高性能磁鐵及機械準直技術、高性能束流診斷技術、先進控制技術，以及先進光束線技術等多項先進技術，部件研制及系統集成難度極高;特別是須在保證各系統性能的前提下達到很低的故障率，以實現提供十幾到幾十小時的穩定束流、年運行5000小時以上供光時間的預定目標。

　　高耀度要求儲存環具有小發射度。上海光源的水平發射度僅約4納米弧度，光源點水平束斑尺寸約150微米、垂直束斑尺寸僅約10微米。然而，低發射度要求儲存環的動力學孔徑只能很小，也帶來了光束的各種不穩定性、束流壽命短等難題。可見，如何優化光源的動力學性能以提高束流壽命，是一大難題。

　　為保持束流穩定，其軌道的垂直穩定度須控制在1微米以內，如何實現這指標是建造上海光源的一大難點。嚴格控制地基的不均勻沉降、儲存環隧道和實驗大廳地板的扭曲和變形，嚴格限定儲存環隧道內空氣溫度的變化和光源設備冷卻水溫度的變化，監測和控制各種振動源，優化裝置的機械結構，采用振動的隔離和阻尼措施，提高電源穩定度和降低紋波，并應用軌道反饋手段等，使光源穩定性達到世界一流水平。

　　4、上海光源建設時間表

　　建筑安裝工程： 2004年12月-2006年9月

　　設備加工與制造： 2005年3月-2007年11月

　　設備安裝與系統調試：2005年7月-2008年3月

　　調束與試運行： 2008年4月-2009年4月