坐落于上海張江科學(xué)城，外形酷似鸚鵡螺的上海同步輻射光源（以下簡稱上海光源），歷時11年預(yù)研優(yōu)化、5年技術(shù)攻關(guān)建造，如今已穩(wěn)定高效運行了12年。
從億年前的琥珀古鳥羽毛結(jié)構(gòu)，到埃博拉病毒入侵機制、新冠病毒蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，再到外爾費米子世界重大物理實驗發(fā)現(xiàn)，上海光源為科學(xué)家探索微觀世界照亮前行之路。12年來，上海光源不僅支撐產(chǎn)出了大批學(xué)科前沿研究成果，而且在國家戰(zhàn)略需求與重大應(yīng)用方面發(fā)揮著越來越重要的作用。
作為我國第三代同步輻射光源，上海光源的建設(shè)以及穩(wěn)定運行凝聚了幾代科學(xué)家對我國粒子加速器建設(shè)躋身世界先進行列的夢想，體現(xiàn)了我國基礎(chǔ)科研領(lǐng)域面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康的重要歷史使命。
艱難起步，我國粒子加速器從跟隨到趕超
上世紀(jì)80年代，北京正負(fù)電子對撞機、合肥同步輻射裝置、蘭州重離子加速器工程的建設(shè)奠定了我國建造大型粒子加速器的基礎(chǔ)。1993年，世界上第一臺第三代同步輻射光源開始用戶實驗。
方守賢、丁大釗和冼鼎昌三位院士敏銳地意識到光源大科學(xué)裝置在未來國家基礎(chǔ)科研中即將發(fā)揮的重要作用，于1993年11月向國家提出“在我國建設(shè)第三代同步輻射光源”的建議。1995年3月，中國科學(xué)院和上海市決定共同向國家建議，由國家和地方聯(lián)合出資在上海建設(shè)我國第三代同步輻射光源。
作為國之重器，大科學(xué)裝置耗資不菲，而且難以在短時間內(nèi)看到實際經(jīng)濟效益。在上海光源項目預(yù)研階段，國家層面的決策也十分慎重。2001年，團隊成員完成了預(yù)制研究，上海光源項目卻沒有成功立項。
此時，國際上第三代同步輻射裝置處于快速發(fā)展階段。“我們充分利用這段時間，將世界上加速器、光束線等領(lǐng)域新發(fā)展的先進技術(shù)和設(shè)計思想及時融入優(yōu)化設(shè)計方案。到了真正建設(shè)的時候，上海光源的設(shè)計性能得到了新的提升，保證了建成時步入世界先進行列并達到一流水平。”中國科學(xué)院上海高等研究院黨委書記、副院長，中國工程院院士趙振堂表示。20多年來，他參與了上海光源的預(yù)研、建設(shè)、開放運行和二期工程建設(shè)。
“老一輩科學(xué)家及中科院、上海政府領(lǐng)導(dǎo)非常堅定，因為國家的創(chuàng)新發(fā)展需要這樣的關(guān)鍵大科學(xué)裝置，他們鼓勵我們要對未來充滿信心。”趙振堂回憶，他的博士后工作合作導(dǎo)師方守賢院士也多次鼓勵他堅定信心。
2004年11月，國務(wù)院常務(wù)會議終于批準(zhǔn)了上海光源工程建議書，該工程于同年12月正式動工。
填補空白，大科學(xué)裝置前沿技術(shù)集成攻關(guān)
2001年完成預(yù)研，2004年破土動工，2009年開放運行……上海光源工程的不同階段，趙振堂的團隊面臨著不同的難題：最先直面的是在投入和經(jīng)驗積累都不足的條件下，如何建成一座世界一流水平的同步輻射光源。其次是有了光源后，作為公共性平臺設(shè)施，能不能保證國際先進水平的運行性能。
在工程預(yù)制研究階段，根據(jù)國際第三代同步輻射裝置的技術(shù)特點，工程指揮部主持研制了41項單元技術(shù)，其中22項為國內(nèi)首次研制，有26項設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平。隨后，科研人員又開展了物理方案優(yōu)化和100MeV直線加速器研制等設(shè)計和預(yù)研工作。
據(jù)介紹，上海光源由一臺150MeV的直線加速器、全能量增強器和一臺3.5GeV電子儲存環(huán)組成，其中儲存環(huán)周長約432米，直徑超過160米。這樣一個大型粒子加速器是集高科技、多專業(yè)、多門類的綜合性復(fù)雜系統(tǒng)，需要把世界先進技術(shù)設(shè)備有機結(jié)合，這勢必會帶來集成創(chuàng)新難度。
“最困難的地方，是要盡可能把先進的設(shè)計思想和技術(shù)融入設(shè)施建設(shè)方案中，還要對先進技術(shù)方案和性價比方面進行綜合選擇取舍，掌握裝置所需加工周期、材料和制造費用，使其在可控的時間、經(jīng)費內(nèi)完成。”趙振堂說。
第三代同步輻射光源的特點是光束高亮度，而且光的位置和發(fā)射角要高穩(wěn)定，光斑的抖動要控制在零點幾個微米的水平上，這必須綜合考慮設(shè)施的地基、支撐、冷卻水流速、隧道溫度和冷卻水溫度穩(wěn)定性、環(huán)境振源以及周邊交通等各種因素帶來的振動影響。
為保證裝置性能處于世界領(lǐng)先水平，上海光源團隊進行了長期技術(shù)攻關(guān)探索。例如，不斷進行低發(fā)射度的儲存環(huán)優(yōu)化設(shè)計，分析研判各種設(shè)備性能要達到的技術(shù)指標(biāo)，同時還要進行關(guān)鍵核心元器件的技術(shù)研發(fā)。波蕩器是第三代同步輻射光源及自由電子激光的關(guān)鍵設(shè)備，束流要通過波蕩器內(nèi)部交替排列的磁塊才能發(fā)出高亮度的光。上海光源建設(shè)期間不僅自主研制成功了橢圓極化波蕩器，而且還攻克了真空波蕩器難關(guān)，這些工作均填補了國內(nèi)空白。
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本文標(biāo)題：上海光源：十二年光輝熠熠，大裝置衍射小世界
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