今天，“上海光源”正式竣工。這項總投資約12億元、歷經(jīng)4年零4個月建設(shè)的國家重大科學(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，本報記者獨家采訪了中國科學(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(zhuǎn)眼14個年頭過去，從上海到全國，各級領(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(shù)人恐怕直到現(xiàn)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(xué)名叫“上海同步輻射光源”。嚴(yán)格來說，它不是用來制造我們?nèi)庋劭梢姷摹肮狻保�而是發(fā)出從遠(yuǎn)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(zhuǎn)換成各種波段的電磁波。其本質(zhì)與我們?nèi)粘＝佑|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(xiàn)象最先是1947年在高能物理實驗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，距地鐵二號線終點站不算太遠(yuǎn)。這幢圓盤形的地標(biāo)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(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米周長的一個大環(huán)———儲存器；與之相切的內(nèi)圈，是一個180米周長的小環(huán)———增強器；小環(huán)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(huán)—大環(huán)”。

　　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(fā)射出無數(shù)個電子。它們在直線隧道內(nèi)的真空電磁場中疾行，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米跑道還長的儲存器。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)成百上千的實驗站科研人員進行多學(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“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：“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。例如對醫(yī)學(xué)專家來說，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)絕對是世界一流的。目前，國際上的X射線成像技術(shù)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(yī)學(xué)應(yīng)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(xì)管道、呼吸器官等都可一覽無遺，這是傳統(tǒng)X光機無法辦到的。

　　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)與檢測方面，可進行飛機發(fā)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(nèi)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(xué)實驗。目前已收到78所大學(xué)、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(jù)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(dāng)于一個國家級重點實驗室的規(guī)模�？梢韵胂螅�今后在這個鸚鵡螺里，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：“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(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(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(huán)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(huán)的專用機，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，僅次于日、美、歐的同類裝置。

　　目前，全球各個國家和地區(qū)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(shè)計中的至少也有13臺。預(yù)計2010年前后，全球每天都有上萬名科學(xué)家和工程師，利用這些光源產(chǎn)生的不同波長的光，從事前沿學(xué)科研究和高新技術(shù)開發(fā)。

　　微觀層面的“發(fā)射衛(wèi)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(fā)射衛(wèi)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(fā)射衛(wèi)星高100萬倍。當(dāng)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(wèi)星搞丟了可不行。上海光源工程進展速度之快、質(zhì)量之高，在國際上都是數(shù)一數(shù)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(zhì)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(xué)術(shù)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(xué)術(shù)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(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，各種干擾因素實在不少：施工的地基會有不均勻的沉降，儲存環(huán)隧道和實驗大廳的地板會扭曲和變形，儲存環(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源……任何一個細(xì)節(jié)出問題，都無法保證實現(xiàn)這個“1微米以內(nèi)”的目標(biāo)。所以工程人員隨時隨地都在嚴(yán)密監(jiān)測，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點到晚5點，從晚5點到早8點，24小時都能在工程現(xiàn)場見到他們。即便在嚴(yán)格控制的25攝氏度恒定室溫下，這些專家有時還是會憋出一身汗。在那幾百米長的“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)到國際一流水準(zhǔn)。

　　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(huán)節(jié)，“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(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，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）