“上海光源”为现代医学诊断提供“火眼金睛”

　　新华社上海４月２９日电（记者 张建松 刘丹）无论是拍胸透、还是照ＣＴ，现代医学诊断不能离开Ｘ光。作为第三代同步辐射光源，“上海光源”里射出的光强度是Ｘ光的上万倍，亮度是Ｘ光的上亿倍，这种光可为现代医学诊断提供更有穿透力的“火眼金睛”。

　　据上海应用物理研究所研究员、上海光源束线工程部主任肖体乔介绍，上海光源首批建成的７条线站中，有一个就是“Ｘ射线成像与生物医学应用线站”。传统的Ｘ光诊断方法只能看到几毫米，且图像比较模糊，而上海光源里的光则能细致到微米，能清晰地拍出过去“隐形”的血管、神经等软组织照片，甚至能让Ｘ光线无法觉察的肿瘤初期细胞也暴露无遗，这有助于医生发现更早期的病变，提前介入治疗。

　　例如恶性肿瘤是病变细胞无节制增生形成的。这是由于细胞核内控制细胞分裂的基因密码变异，去“关闭”细胞分裂功能，导致病变细胞的无限制增长。利用同步光的微束技术，科学家就可以研究基因密码的变异机制，并寻求诊断和治疗办法。“有了第三代光源，对癌症早期发现与早期治疗将带来极大飞跃。”肖体乔说。

　　中国科学院高能物理研究所方守贤院士指出，利用先进的同步辐射光源还能大大改进传统的医学诊断方法。例如心脏病上威胁人类健康的一大疾病，其中最危险的是冠状动脉狭窄或闭锁时引起的心肌梗塞，而医学界对于心肌梗塞还缺乏绝对安全和易于操作的高灵敏度诊断手段。但有了同步辐射光之后，情况正在改观。人们利用同步辐射光波长（能量）连续可调的特点，设计了一种新的血管造影像术－－双色减值造影术。这种诊断方法灵敏度较高，只需用低浓度的碘液，通过静脉注入，简单易操作安全。

　　由于可在毫微秒的时间内拍完一张照片，因而不会因为心脏的跳动而导致图形的模糊，所得到的图像也十分清晰。

　　复旦大学同步辐射研究中心副主任张新夷还指出，上海光源还可以在我国中医研究中大显身手。例如，大多外国人承认针灸是一种有效的医疗手段，但对穴位的存在还一直有质疑，通过上海光源同步辐射，可通过超强的Ｘ射线实施“微观成像”，以观察穴位点以及穴位点周围的组织分布和结构是不是有差别。

　　新华社上海４月２９日电（记者 张建松、刘丹）上海光源建成后将向国内外用户开放，其辐射防护的安全性非常关注。国家环保总局核安全司日前对上海光源的辐射防护进行了严格评审，一致认为达到了设计指标，全部符合安全标准。

　　据中科院上海应用物理研究所所长助理戴志敏介绍，上海光源工程采取了多项措施防护高强度、高亮度的Ｘ射线米的储存环外围，工程建造了１米多厚钢筋水泥的屏蔽围墙，局部地区进行了屏蔽加厚；在屏蔽墙之外、Ｘ射线被引出所到达的光学棚屋和实验棚屋，也全部是用铅做的－－因为Ｘ射线;为确保光源开机后实验环内无人，除了采用视频监控、广播通知、响铃、闪灯等提示外，上海光源的运行部门还会派专人进行安全搜索；上海光源实验装置内安装了上百个紧急按钮，开机后按任何一个按钮，机器就会立即断电，停止产生Ｘ射线，保证人身安全，这一安全控制管理系统采用的是国际安全标准。每次停机检修的时候，上海光源也规定要先通风４０分钟后，通过辐射剂量仪的安全检测后，才能进去检修。

　　在上海光源工程所在的上海应用物理所园区内，总共还安装了５２对中子与伽玛线探测器，建立了一个对光源工程周围环境的专用辐射监测网。

　　目前，上海光源的实验大厅辐射水平保持在上海的本底状态。进入大厅进行光源实验的科研人员，将全部佩戴一个如口哨般大小的“个人辐射剂量计”，工作人员按时进行检查这个仪器所记录的辐射剂量，对每位实验者的辐射剂量建立个人档案，并专门建立一个数据库。

　　此外，上海应用物理所还制定了一套完善的辐射安全管理制度，并编制了专门的教材，对每位光源用户进行上岗前的安全培训。每条线站的负责人对用户实验样品的安全性，也都要事先进行严格检查。

　　“上海光源”将引发我国新材料研究产生“连锁反应”新华社上海４月２９日电（记者 张建松 杨金志）“第三代同步辐射光源对材料科学已经产生了深刻而广泛的影响，上海光源的建成，必将大大推动我们国家新材料科学研究和应用的发展，甚至产生‘连锁反应’。”中科院上海硅酸盐研究所透明光功能无机材料重点实验室主任赵景泰说。

　　上海硅酸盐所作为上海光源硬Ｘ射线微聚焦光束站及Ｘ射线衍射光束站的用户委员会成员，目前已有三四个课题组依托上海光源进行新材料研究，其中仅透明光功能无机材料重点实验室就申请了七八个课题，涉及透明陶瓷、薄膜、纳米材料等多项研究。

　　“通常，人们往往是通过某种巧合而发现新材料，通过对其性质的研究，取其精华、去其糟粕。利用上海光源这一研究平台，科研人员就可以期望通过对材料原子结构及性能更深入的认识，从组分和结构上设计和优化筛选出人们所需要的具有特定功能的新材料。”赵景泰说。

　　材料的复杂性在于其性质取决于构成材料各种成分的相互作用，由于这种相互作用，导致材料的性质与其单一组分间存在极大差别。而同步辐射光的高强度、高亮度、能量可调及高光子能量的结合，为科研人员探测信号的分辨率提高几个数量级，使小样品和表面弱散射以及材料的实时原位研究成为可能，同时还使一些新的光谱方法如磁散射、非弹性散射及需要利用光束相干性的研究成为现实。

　　而与此同时，基于这些新型的实验手段和方法所发现的新现象，又促使科研人员更加深入认识并利用半导体、金属、超导体、合金、复合材料、液晶等材料一些基本物理知识，从而推动我们国家材料科学进一步发展。

　　例如，当纳米材料在一个方向或两个方向长度在１到１００纳米之间的时候，就形成了一维的纳米线和二维的薄膜，三个方向都是纳米尺度时维数就“消失了”，也就是零维的量子点或纳米晶，并可能表现出与大尺寸材料截然不同的性质。利用这一特性，科研人员通过上海光源这一平台，就可望设计出纳米材料来制作重量更轻、容量更高的电池或量子计算机。

　　赵景泰认为，利用上海光源，我国科研人员还能够尝试自己组装电子（光子）器件，师法自然，学习和借鉴自然的设计规则，例如模仿生物体中的无机材料制备、模仿捕捉太阳能的绿色植物、或以遗传变异作为自身改善和优化功能的途径。“这些想法看似很离奇，但利用人类对大自然的逐渐深化的认识，例如生物遗传进化以及从ＤＮＡ测序到结构和功能研究的进步，这些可能性是无穷无尽的。自然已经做了这些，我们为什么不能呢？”。

　　“上海光源”有望成为中国新药研发的“加速器”新华社上海４月２９日电（记者 张建松 刘丹）同步辐射Ｘ射线衍射方法是当前测定生物大分子结构的最有力手段，也是研究生命现象与生物过程的一个“利器”。有经验的人指出，上海光源的建成，使我国拥有这一“利器”加速新药的开发。

　　据中科院上海药物所蒋华良研究员介绍，传统的医药研究及开发主要是靠经验，往往要通过反复的大量实践，包括模拟实验、动物试验及临床应用等过程，才能将药性反复改进，再投入试用。通常要研制一种安全有效的药品，开发周期一般要十年左右，成本也相当昂贵，可达几亿美元。

　　目前，国际上很多制药公司已从这种传统的药性实验方法，转向有明确目标的药物分子结构的设计，即在分子生物化学水平上进行研究。其方法是：先研究清楚致病物质的分子（如病毒分子）及周围分子（组织）的三维结构，接着进行计算机模拟，设计出能对致病分子进行屏蔽或抑制的药物分子结构，再合成为新药，这比传统方法周期短３—４年时间，成本也低得多。

　　利用高强度和高亮度的同步辐射光，科学家可以很清晰地“看见”生物大分子（如蛋白质、病毒等）的三维结构，掌握它们在生化反应过程中，结构随时间变化的动态过程，分析辐射对细胞的作用，并对含水量多的活体生物样品（如细胞）的动态过程进行显微观察。从而专对于致病分子设计出新药。

　　目前，国外已经有科学家应用同步辐射Ｘ射线衍射技术，研究了感冒病毒ＫＲＶ１４，并“看到”了这种病毒是通过病毒分子表面的峡谷底部与健康细胞的表面分子结合而传染疾病的。因此，科学家专门设计一种药物分子，可与这些病毒分子表面的峡谷部位相结合，形成一道屏障，便使健康的细胞不受病毒的侵袭。

　　利用这种方法，人们还成功研制出用来医治艾滋病的药物，对于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。２００３年，我国出现ＳＡＲＳ疫情后，我国科学家也曾利用同步辐射光，成功测定了ＳＡＲＳ病毒主蛋白酶的结构，为研制抵御ＳＡＲＳ病毒的药物提供了重要信息。

　　“上海光源”九成以上部件实现“国产化”新华社上海４月２９日电（记者 刘丹、张建松）作为我国迄今最大的大科学装置“上海同步辐射光源”（以下简称“上海光源”）九成以上部件实现国产化，并顺利完成光束线站等众多关键技术创新及系统集成创新，使我国有关技术达到国际先进水平。

　　“总投资约１２亿元人民币的‘上海光源’约有７０％的投资量是国内采购或研制，约３０％的投资量属国外设备进口。”“上海光源”束线日对记者介绍，“从整个部件采购数量上讲，国内部件采购数占总采购数的九成以上。”

　　中国科学院上海物理研究所办公室主任贺战军说，“上海光源”从装置到建筑均为我国自主设计和集成，具备极高的科技含量。“上海光源”工程科技委员会评价其“质量一流、速度世界少见”。

　　“上海光源”由加速器以及首批七条光束线站两大部分组成。如果说“上海光源”的“加速器”是“泉源”，“光束线”则相当于“水渠”，负责将同步辐射光“引流”进入实验室做实验。

　　贺战军说，通过我国科研人员的技术攻关，“上海光源”自主解决并发展了光源加速器的各项关键技术，如储存环超高真空室、数字化高频低电平控制、高精度数字化电源、无氧铜高Q次谐波聚束腔、高性能插入件等。目前，“上海光源”加速器总体性能已达到国际先进水平。

　　肖体乔介绍，在“上海光源”建设过程中，“光束线”工程也自主解决了ＳＸ－７００单色器、大尺寸高精度镜面压弯机构、高热负载热缓释、弧矢聚焦双晶单色器、长程面型仪等关键技术难点，使同步辐射光传输、聚焦、单色化的效率大幅度的提升，充分的发挥第三代光源的优越性。

　　记者在采访中了解到，“上海光源”的首批７条光束线需要两台真空内波荡器，这一核心部件大多数都用在产生高亮度的Ｘ射线，是“上海光源”最重要的组成部分之一。２００８年3月，“上海光源”工程经理部启动自主研发，克服重重困难仅用１１个月研制成功国内第一台线;“真空内波荡器自主研制的成功，使我国波荡器技术可在国际上占有一席之地。”“上海光源”总经理助理戴志敏说。此外，“上海光源”还自主研制成功了中国首台椭圆极化波荡器，性能达到国际先进水平。

　　现已竣工的“上海光源”具有建设６０多条光束线的能力，届时可以同时向上百个实验站提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光，目前首批７条光束线与实验站全部完成安装和调试。

　　新华社上海４月２９日电（记者刘丹、张建松、杨金志）２９日，总投资约１２亿元的我国迄今最大的大科学装置“上海同步辐射光源”在上海张江高科技园区正式竣工并面向国内外用户开放。中央政治局委员、国务委员出席竣工典礼，并与中央政治局委员、上海市委书记，全国人大常委会副委员长、中国科学院院长，中国工程院院长徐匡迪共同启动竣工装置。如果说医院Ｘ光为人体骨骼和血管“拍照”，那么“上海同步辐射光源”（以下简称“上海光源”）发出的超强Ｘ光将对微观世界的认知带来一场“成像革命”——它将利用比普通Ｘ光机亮上亿倍、强百万倍的同步辐射光对物质进行微观“成像”，为许多前沿学科领域的研究提供一种最先进且无法替代的工具。

　　“若把１９世纪末伦琴发现的Ｘ光看成是一支蜡烛，那么同步辐射光就是光芒万丈的太阳，足以照亮整个微观世界。”上海同步辐射光源工程经理部总经理、中科院上海应用物理研究所所长徐洪杰说。

　　科学研究早已发现，接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，也就是同步辐射光源，能为人类开展尖端科研提供巨大便利。从上世纪７０年代起，全球建成和在建的同步辐射光源装置已有６０余座。在我国，第一代同步辐射光源是“北京光源”，第二代光源是合肥国家同步辐射实验室，第三代光源就是“上海光源”。

　　在国际上已经建成的２０台第三代同步辐射光源中，“上海光源”的能量居世界第四，仅次于日本、美国、欧洲的有关设施。它还将与我国台湾地区以及日本、韩国、印度的第三代同步辐射光源一起，形成堪与美欧媲美的亚洲光源群。

　　与第二代合肥同步辐射光源相比，第三代“上海光源”其电子束发射度约４纳米弧度，二者相差近４０倍，其得到的光亮度相差约１６００倍（约三个量级）。“上海光源”拥有的高强度、高亮度、高稳定性等特性，可用以从事生命科学、材料科学、环境科学、医学、药学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、石油、医疗诊断等高技术的开发应用的实验研究。

　　“上海光源”实验部主任何建华说，仅以生命科学为例，生命科学已进入了后基因组时代，蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点。而以蛋白质结构和功能研究为主要目标的结构基因组学研究８０%以上的工作需要在第三代同步辐射光源上进行。

　　开放共享是大科学装置的显著特点。“上海光源”具有建设６０多条光束线的能力，届时可以同时向上百个实验站提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光，给用户的供光机时将超过５０００小时／年。目前，首批７条光束线与实验站全部完成安装和调试，所有６０多条光束线年内完成安装调试。

　　截至目前“上海光源”已收到全国７８所大学的３０１份使用申请，共计２８６８个机时段２３０００个小时。“如此大规模的申请，恐怕将‘上海光源’明年的机时量排进去都不够。”中国科学院上海物理研究所办公室主任贺战军说，为保障“上海光源”的有效利用，目前７条光束线人的专家评审组，得到评审组评审通过的用户可得以在“上海光源”免费进行科研工作。

　　中国科学院院士冼鼎昌说，“上海光源”将为提升我国的综合科学技术实力做出无法替代的重要贡献。而且这种特有的大平台科研氛围，将为不同学科间的学术交流提供天然的优良条件。

　　“上海光源”２００４年１２月２５日破土开工，由中国科学院与上海市人民政府共同向国家申请建造，由中国科学院上海应用物理研究所承建。

　　新华社上海４月２９日电（记者张建松 刘丹）“上海光源”全部建成后，将拥有６０多条光束线、上百个实验站，利用这一先进的同步辐射装置，我国多学科、多领域的高技术人才今后将汇聚张江，构成一个“科研联合国”。目前，中科院上海应用物理所已经收到来自全国７８所高等院校和科研院所的３０１份申请材料，各地科研人员计划通过“上海光源”的七条光束线站，开展生命科学、医学与制药、新材料、物理、化学、石油化学工业、生物工程等方面的研究和开发工作。总计２８６８个机时、约２．３ 万个小时，远超于了上海光源２００９年所能提供的开发机时，首批课题正在专家组的严格评审和遴选之中。

　　中国科学院冼鼎昌院士指出，在现代科学技术的发展中，不同学科的交叉与融合往往是产生新兴学科领域的契机。上海光源建成后，上千名来自不同学科和高技术领域的科学家、工程师，在同一个科学平台上开展工作，创造了特有的科研氛围，上海光源自然而然成为综合性的大型前沿研究中心，为萌发新思想、创造新方法和开辟新学科提供极为有利的环境。

　　据介绍，同步辐射与样品的作用方式至少有２０种，因此衍生出许多实验方法与技术。每一种方法都是一门专门的学问，有其系统的理论与方法学。如微探针及元素ＣＴ术、Ｘ射线显微术、谱学显微术、表面分子状态研究、时间分辨谱仪蛋白质晶体学、Ｘ射线核共振散射、投影Ｘ光光刻等。

　　目前，地球和环境科学面临许多挑战，科研人能以同步辐射Ｘ射线谱学技术作为主要分析手段，在分子水平上描述环境污染物的形态，研究污染物的迁移和转化的复杂化学过程，从而评估污染风险和确定污染治理方案。基于分子环境科学所建立起来的受环境污染植物的修复技术，可望产生重大的社会效益和经济效益。

　　在地球科学研究方面，科研人员可利用高亮度同步辐射Ｘ射线作为微探针，深入地了解地壳深处和地幔中矿物的演变和转化，对于矿床地质、矿物、岩石、探矿以及地球化学研究也起着重要的作用。

　　在许多产业研发与检验测试领域，如超大规模集成电路中硅晶片中的痕量杂质探测分析、飞机发动机和航天器的疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等，同步辐射光都将大显其非凡身手。

　　由于上海光源对有巨大产业前景的微电子、微机械等高新技术的开发，起到极大的推动作用。而长三角地区存在拥有此类高技术的许多高端用户，因此在上海的中长期科技发展规划里，已计划将应用上海光源放在很重要的地位。业内专家觉得，潜在用户中囊括了微电子与光电子工艺平台、先进复合材料、红外光电材料和器件、再次生产的能源等多个领域中的上千名高科技开发商。

　　新华社上海４月２９日电（记者 刘丹、张建松）所谓同步辐射，是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，其本质与我们日常接触的可见光和Ｘ光一样，都是电磁辐射。由于这种辐射是１９４７年在同步加速器上被发现的，因而被命名为同步辐射（Ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）。由于同步辐射造成的能量损失极大地阻碍了高能加速器能量的提高，因此在早期同步辐射被作为高能物理极力要排除的因素。后来，人们发现同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能，如高准直性，高极化性，高相干性，宽的频谱范围、高光谱亮度和高光子通量等。

　　从上世纪７０年代开始，发达国家逐步开展了同步辐射的应用研究，其卓越的性能为人们开展科学研究和应用研究带来了广阔的前景，因此在几乎所有的高能电子加速器上都建造了同步辐射线站，以及各种应用同步辐射光的实验装置。

　　同步辐射光源自１９４７年诞生以来，至今已有６０余年的历史。随着应用研究工作不断深入，应用场景范围不断拓展，同步辐射光源经历了三代快速历史发展阶段。第一代同步辐射光源是寄生于高能物理实验专用的高能对撞机的兼用机，如北京光源（ＢＳＲ）就是寄生于北京正负电子对撞机（ＢＥＰＣ）的典型第一代同步辐射光源；第二代同步辐射光源是基于同步辐射专用储存环的专用机，如合肥国家同步辐射实验室（ＨＬＳ）；第三代同步辐射光源是基于性能更高的同步辐射专用储存环的专用机，如“上海光源”（ＳＳＲＦ）。

　　“上海光源”其电子束能量为３．５ＧｅＶ，仅次于日本的ＳＰｒｉｎｇ－８（８ＧｅＶ）、美国的ＡＰＳ（７ＧｅＶ）和欧洲共同体的ＥＳＲＦ（６ＧｅＶ），居世界第四。“上海光源”包括一台１５０ＭｅＶ的电子直线ＧｅＶ全能量的增强器和一台３．５ＧｅＶ的高性能电子储存环，以及首批建成的７条光束线年底，世界上已建成的第一代同步辐射光源有１７台，第二代有２３台，第三代有２０台，正在建造和设计的第三代同步辐射光源有１０台。预计到２０１０年前后，每天将有上万名科学家和工程师同时使用这一些同步辐射光源，从事前沿学科研究和高新技术开发。

　　第一代、第二代、第三代同步辐射光源之间的最主要区别，是在于作为发光光源的电子束斑尺寸或电子发射度的迥异。例如第二代的合肥同步辐射光源，其电子束发射度约１５０纳米弧度，而第三代的“上海光源”，其电子束发射度约４纳米弧度，二者相差近４０倍，其得到的光亮度相差约１６００倍，约三个量级。

　　三代同步辐射光源的另一显著差别是，可使用的插入件的数量悬殊，第二代光源仅能安装几个插入件，而第三代光源可有十几个到几十个插入件。由于插入件产生的光较之弯转磁铁产生的光具有更高的亮度和更好的性能，可见插入件数量的多寡可直观地表征光源的性能的优劣。