今天，“上海光源”正式竣工。這項(xiàng)總投資約12億元、歷經(jīng)4年零4個(gè)月建設(shè)的國(guó)家重大科學(xué)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(guān)系？帶著這些疑問(wèn)，本報(bào)記者獨(dú)家采訪了中國(guó)科學(xué)院院士楊福家。楊福家院士不僅是該領(lǐng)域的專家，而且早在1995年，他曾和謝希德等科學(xué)家一起，在市政協(xié)相關(guān)會(huì)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(xiě)下了一個(gè)精彩開(kāi)頭。轉(zhuǎn)眼14個(gè)年頭過(guò)去，從上海到全國(guó)，各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、科學(xué)家、工程技術(shù)人員為上海光源工程殫精竭慮，也理應(yīng)讓更多人知道“上海光源”、了解“上海光源”。楊福家院士欣然應(yīng)邀，帶領(lǐng)本報(bào)讀者一起“神游”上海光源。

　　它是一個(gè)“光的博物館”

　　新聞視點(diǎn)：平心而論，大多數(shù)人恐怕直到現(xiàn)在還不是很明白，“上海光源”究竟是個(gè)什么東西，能派什么用場(chǎng)。您能否用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言先給大家做一下科普？

　　楊福家：“上海光源”的學(xué)名叫“上海同步輻射光源”。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它不是用來(lái)制造我們?nèi)庋劭梢?jiàn)的“光”，而是發(fā)出從遠(yuǎn)紅外到硬X射線的不同波長(zhǎng)的電磁波。與可見(jiàn)光相比，這些“看不見(jiàn)的光”波長(zhǎng)更短，能量更高。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“上海光源”的工作原理，是讓接近光速運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中作曲線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楦淖冞\(yùn)動(dòng)方向而釋放的能量，將轉(zhuǎn)換成各種波段的電磁波。其本質(zhì)與我們?nèi)粘＝佑|的可見(jiàn)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(xiàn)象最先是1947年在高能物理實(shí)驗(yàn)用的同步加速器上發(fā)現(xiàn)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(hào)線終點(diǎn)站不算太遠(yuǎn)。這幢圓盤(pán)形的地標(biāo)建筑，一直被人們形容為巨型鸚鵡螺。其實(shí)，這只“海螺”足有上海體育場(chǎng)那么大，是我國(guó)迄今最具規(guī)模的重大科學(xué)工程，并至少具有30年科學(xué)壽命。

　　根據(jù)上海光源工程的平面圖，“螺殼”內(nèi)部的主體結(jié)構(gòu)分為三部分：外圈為432米周長(zhǎng)的一個(gè)大環(huán)———儲(chǔ)存器；與之相切的內(nèi)圈，是一個(gè)180米周長(zhǎng)的小環(huán)———增強(qiáng)器；小環(huán)還連著一根40米長(zhǎng)、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?yàn)椤爸本�—小環(huán)—大環(huán)”。

　　出光的具體過(guò)程是這樣的，高壓電從直線加速器扣動(dòng)“電子槍”，發(fā)射出無(wú)數(shù)個(gè)電子。它們?cè)谥本�隧道內(nèi)的真空電磁場(chǎng)中疾行，加速至接近光速水平，能量達(dá)到150兆電子伏特(150M eV)。接著，這股低能光束線便打彎“注入”內(nèi)圈小環(huán)隧道———增強(qiáng)器，能量在轉(zhuǎn)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(huán)隧道———比400米跑道還長(zhǎng)的儲(chǔ)存器。高能光束線晝夜不停地高速穿行，并沿著大環(huán)不斷“轉(zhuǎn)圈”，在不同切線方向上“條分縷析”，引出數(shù)十束不同波長(zhǎng)的形形色色的光，覆蓋從遠(yuǎn)紅外線到硬X射線的所有波段，供外圍大廳內(nèi)成百上千的實(shí)驗(yàn)站科研人員進(jìn)行多學(xué)科研究。

　　因此，“上海光源”這只鸚鵡螺可謂“光芒”齊放，使不同學(xué)科的科學(xué)家能在同一個(gè)“光的博物館”內(nèi)各取所需。

　　能給螞蚱觸角拍X光片

　　新聞視點(diǎn)：“上海光源”有哪些具體用途呢？

　　楊福家：它可以產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的電磁波，能為各領(lǐng)域的科學(xué)家做研究提供條件。例如對(duì)醫(yī)學(xué)專家來(lái)說(shuō)，可能在這里找到一種新的射線，成像效果比現(xiàn)在的X射線更好，也許今后醫(yī)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(guān)系了。

　　以X射線為例，“上海光源”所發(fā)出的X射線，品質(zhì)絕對(duì)是世界一流的。目前，國(guó)際上的X射線成像技術(shù)越來(lái)越高精尖，不僅趨向于更高的空間分辨率(納米量級(jí))，同時(shí)趨向于更快的時(shí)間分辨率(1毫秒或更短)。“上海光源”即將對(duì)外開(kāi)放的X射線成像及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用光束線站，正朝這些方向努力。打個(gè)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(xì)管道、呼吸器官等都可一覽無(wú)遺，這是傳統(tǒng)X光機(jī)無(wú)法辦到的。

　　用途還有很多。在材料科學(xué)領(lǐng)域，利用“上海光源”產(chǎn)生的高亮度同步輻射光束，可以揭示材料中原子的精確構(gòu)造，得到有價(jià)值的電磁結(jié)構(gòu)參數(shù)。它們既是理解材料性能的“科學(xué)鑰匙”，也隱含著發(fā)明新穎材料的原理來(lái)源；

　　在地球科學(xué)領(lǐng)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(zhuǎn)化，對(duì)于礦床地質(zhì)、礦物、巖石、探礦以及地球化學(xué)研究起著重要作用；

　　在微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，利用X射線深度光刻技術(shù)，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(xué)工業(yè)領(lǐng)域，可以研究催化機(jī)理和催化劑特性，有助于發(fā)明新型催化劑，直接影響到石油化工的效率和產(chǎn)出；

　　在產(chǎn)品研發(fā)與檢測(cè)方面，可進(jìn)行飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和航天器疲勞測(cè)試、紙漿無(wú)氯漂白工藝改進(jìn)、化妝品效果分析等 ……

　　“上海光源”計(jì)劃下月正式對(duì)國(guó)內(nèi)外科研用戶開(kāi)放的光束線，共有7條。7束光各配套一座實(shí)驗(yàn)站，供課題單位及專家們進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。目前已收到78所大學(xué)、科研院所的用戶課題申請(qǐng)242份，累計(jì)2868個(gè)機(jī)時(shí)，首批課題正在評(píng)審中。

　　這還只是“小試牛刀”的一期工程。據(jù)專家估計(jì)，整個(gè)上海光源總共能建約60條光束線，每條線上可建1—2個(gè)實(shí)驗(yàn)站。每條光束線的投資，相當(dāng)于一個(gè)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模。可以想象，今后在這個(gè)鸚鵡螺里，將誕生多少令世人驚嘆的科學(xué)奇跡！

　　總能量居世界第四

　　新聞視點(diǎn)：“上海光源”目前在國(guó)際上的地位如何？

　　楊福家：我可以很肯定地說(shuō)，參觀“上海光源”，你會(huì)打心眼里為中國(guó)人感到自豪。它的性能超過(guò)同能區(qū)現(xiàn)有的第三代同步輻射光源，是目前世界上正在建造或設(shè)計(jì)中的性能最好的中能光源之一。今后，它將與日本、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　同步輻射光源是世界主流的高能物理裝置之一。據(jù)了解，自1947年科學(xué)家首次觀察到同步輻射現(xiàn)象，這類光源裝置迄今已發(fā)展出第三代。第一代同步輻射光源是“附生”于高能物理實(shí)驗(yàn)專用對(duì)撞機(jī)的兼用機(jī)；第二代同步輻射光源是基于同步輻射專用儲(chǔ)存環(huán)的專用機(jī)；第三代同步輻射光源是基于性能更高的同步輻射專用儲(chǔ)存環(huán)的專用機(jī)，如“上海光源”。據(jù)悉，“上海光源”電子束總能量已躋身世界四強(qiáng)，僅次于日、美、歐的同類裝置。

　　目前，全球各個(gè)國(guó)家和地區(qū)有一、二、三代同步輻射光源50多臺(tái)，其中像“上海光源”這樣的第三代光源，已建成10多臺(tái)，而在建和設(shè)計(jì)中的至少也有13臺(tái)。預(yù)計(jì)2010年前后，全球每天都有上萬(wàn)名科學(xué)家和工程師，利用這些光源產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的光，從事前沿學(xué)科研究和高新技術(shù)開(kāi)發(fā)。

　　微觀層面的“發(fā)射衛(wèi)星”

　　新聞視點(diǎn)：“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(shí)“上海光源”的工作原理，有點(diǎn)像微觀層面的“發(fā)射衛(wèi)星”———就是要通過(guò)施加外力，讓電子在一個(gè)個(gè)指定軌道上運(yùn)行，其精度要求，比發(fā)射衛(wèi)星高100萬(wàn)倍。當(dāng)然，我們也有容易的地方，就是萬(wàn)一把電子搞丟了不要緊，把衛(wèi)星搞丟了可不行。上海光源工程進(jìn)展速度之快、質(zhì)量之高，在國(guó)際上都是數(shù)一數(shù)二的。

　　國(guó)外有不少投資比我們高、建造時(shí)間比我們長(zhǎng)的同類裝置，質(zhì)量卻不如我們理想。我在很多場(chǎng)合都會(huì)跟人提起“上海光源”，因?yàn)槲覀冏龅谜媸翘�漂亮了！參與其中的許多年輕人，原本在學(xué)術(shù)界默默無(wú)聞，“上海光源”的成功，也令國(guó)際同行立馬注意起他們來(lái)，真可以說(shuō)是學(xué)術(shù)界難得的“一夜成名”。

　　建“上海光源”有多難？舉個(gè)例子，為保持光束流的高度穩(wěn)定，光源軌道的垂直穩(wěn)定度須控制在1微米以內(nèi)。

　　控制這1微米有多難？要知道，各種干擾因素實(shí)在不少：施工的地基會(huì)有不均勻的沉降，儲(chǔ)存環(huán)隧道和實(shí)驗(yàn)大廳的地板會(huì)扭曲和變形，儲(chǔ)存環(huán)隧道內(nèi)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(dòng)源……任何一個(gè)細(xì)節(jié)出問(wèn)題，都無(wú)法保證實(shí)現(xiàn)這個(gè)“1微米以內(nèi)”的目標(biāo)。所以工程人員隨時(shí)隨地都在嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，用一系列手段使光源穩(wěn)定性達(dá)到世界一流水平。

　　承建單位中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理所的技術(shù)人員分成不同班組，從早8點(diǎn)到晚5點(diǎn)，從晚5點(diǎn)到早8點(diǎn)，24小時(shí)都能在工程現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)到他們。即便在嚴(yán)格控制的25攝氏度恒定室溫下，這些專家有時(shí)還是會(huì)憋出一身汗。在那幾百米長(zhǎng)的“光之隧道”內(nèi)，必須像列車編組一樣，將一段段光電設(shè)備拼接安裝到位。精貴的單件設(shè)備，有的達(dá)上噸重，卻要求工程師屏氣凝神、小心輕放。正是有無(wú)數(shù)工程技術(shù)人員的兢兢業(yè)業(yè)，“上海光源”的光束流軌道穩(wěn)定度達(dá)到國(guó)際一流水準(zhǔn)。

　　還有，10萬(wàn)多個(gè)信號(hào)點(diǎn)，沒(méi)有接錯(cuò)一根電纜；國(guó)際上通常要2至3個(gè)月完成的工程環(huán)節(jié)，“上海光源”只用了兩個(gè)星期……在前幾天進(jìn)行的專家測(cè)試中，國(guó)內(nèi)外同行一致認(rèn)為“建設(shè)質(zhì)量達(dá)世界一流”。

　　也許就像楊福家院士所說(shuō)，這些成功，還都是“前奏”。隨著“上海光源”的對(duì)外開(kāi)放，以后將有更多看點(diǎn)。在這個(gè)大平臺(tái)上進(jìn)行的多種實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)都可能給我們帶來(lái)驚喜。我們姑且拭目以待。(章迪思 徐瑞哲）