国家同步辐射实验室

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国家同步辐射实验室坐落在安徽合肥中国科学技术大学西校园中,这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。实验室拥有的同步辐射光源是现今国内高校中唯一一台大科学装置和国家级实验研究平台。
中文名
国家同步辐射实验室
地    址
安徽合肥中国科学技术大学西校园
动工时间
1984年11月20日
级    别
国家级实验研究平台

国家同步辐射实验室项目规模

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国家同步辐射实验室建有中国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。其主体设备是一台能量为800MeV、平均流强为100~300mA的电子储存环,用一台能量200MeV的电子直线加速器作注入器。来自储存环弯铁和扭摆磁铁的同步辐射特征波长分别为2.4nm和0.5nm。
国家同步辐射实验室一期工程1984年11月20日破土动工,1989年建成出光,1991年12月通过国家验收,总投资8,040万元人民币。1999年国家又投资11,800万元人民币进行国家同步辐射实验室二期工程建设,2004年12月二期工程通过国家验收。

国家同步辐射实验室项目功能

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同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异的新型光源,可应用于物理化学材料科学生命科学信息科学力学地学医学药学农学环境保护、计量科学、光刻和超微细加工等众多基础研究和应用研究领域。
国家同步辐射实验室现建有X射线光刻、红外与远红外、高空间分辨X射线成像、X射线衍射与散射、扩展X光吸收精细结构、燃烧、X射线显微术、原子与分子物理、真空紫外分析、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量等15条光束线和相应的实验站。
国家同步辐射实验室是向国内外用户开放的国家级共用实验室,现有注册用户150余家。

国家同步辐射实验室批准立项

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同步辐射实验室外景 同步辐射实验室外景
合肥同步辐射光源于1983年4月8日由国家计委批准立项,并直接命名为国家同步辐射实验室,规定其为国家级公用实验室,这是我国第一个国家实验室。1989年4月建成出光,1991年12月26日通过国家科委组织的国家鉴定和国家计委委托中国科学院进行的国家验收,1993年4月正式向国内外开放。实验室主任为张新夷研究员,实验室学术委员会主任为谢希德院士。现有工作人员193名,高级研究人员16 名,其中中国工程院院士1名,博士生导师6名,教授、研究员9 名;副教授、副研究员49名,实验室在册研究生和博士后35名,其中硕士生研究生18名,博士研究生14名,博士后3名。国家同步辐射实验室正式向国内外开放以来,要求来实验室做实验的用户越来越多,涉及的领域也越来越广,用户对光源质量的要求也越来越高,当时已建成的五个实验站远不能满足要求。为此,由国家计委正式立项,在本世纪最后几年投资1.18亿元,进行国家同步辐射实验室二期工程建设,在充分保证加速器长期、可靠、稳定运行,大幅度提高光源积分流强、亮度和位置稳定性的基础上,新建波荡器插入元件,增建8条光束线和8个实验站,以适应中国科学和技术发展的需要,在世界科技前沿争一席之地。

国家同步辐射实验室工程进展

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20世纪70年代末,中国科学技术大学在国内率先提出建设电子同步辐射加速器。1977年同步辐射装置的建造列入全国科学技术发展规划。1978年春中科院决定成立以中国科学技术大学为主的同步辐射加速器筹备组,并于当年三月在合肥召开了第一次筹备工作会议,讨论了我国建造电子同步辐射加速器的初步方案,象征着我国同步辐射事业的正式启动。
在随后几年的预研制过程中,工程人员制成了一段30MeV的电子直线加速器、一块弯转磁铁、一块四极磁铁及一个储存环的超高真空系统,以及物理设计,取得了良好的结果和第一手的经验,为后面的工程打下了坚实的基础。
1981年10月,中科院在合肥召开了“合肥同步辐射装置预研制及物理设计审定会”,会议认为合肥同步辐射装置已基本进入工程的条件。
1983年,国家计委以计科1983年470号文《关于建设国家同步辐射实验室的复函》批准了在中国科学技术大学筹备国家同步辐射实验室,国家同步辐射实验室正式立项。这是国家计委批准建设的中国第一个国家级实验室。
1984年,国家计委以计科(外)1984年2033号文《关于合肥同步辐射实验室扩初设计的批复》批准了该工程的主体工程建设规模为建造一台能量为8亿电子伏的同步辐射光源及相应的实验设施,总投资5990万元(含350万美元),并列入按合理工期组织施工的国家重点项目。
国家计委批准的国家同步辐射实验室扩初设计中确定了电子储存环的能量为800MeV、平均流强为100~300mA,用一台能量为200MeV、脉冲流强为50mA的电子直线加速器作为注入器。并明确与加速器建设的同时,建造5条光束线及5个实验站,它们分别是:光电子能谱光束线实验站、分时光谱光束线实验站、软X射线显微术光束线实验站、X射线光刻光束线实验站。
1988年,国家同步辐射实验室的土建工程基本完工。
1989年3月加速器的所有部件都已安装就位并经过局部和分系统的调试,同年4月开始联调,25日开始注入储存环,仅经过23小时便得到第一个储存束流。
1989年光束线实验站开始安装,1991年8月完成所有光束线实验站的安装调试工作,同年9月开始用同步光进行调试,并开展实验研究工作。
1991年12月22日至23日,由国家科委组织,王淦昌任主任的鉴定委员会对合肥同步辐射加速器及光束线实验站进行技术鉴定。鉴定委员会认为由我国自行设计、研制建成的合肥同步辐射加速器的主要性能指标已达到国际上同类加速器的先进水平,已建成的五条同步辐射光束线和五个实验站的主要性能指标已基本达到国际水平。
1991年12月26日,国家同步辐射实验室工程顺利通过了国家计委组织的国家验收。国家验收委员会高度评价国家同步辐射实验室工程的建设者们圆满地完成了工程建设任务。
1993年4月,NSRL正式对国内外开放,建有6条光束线和6个实验站,可广泛用于开展物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、力学、地学、医学、药学、农学、环境保护、计量科学、X射线光刻和超微细加工等基础研究和应用研究。
1994年2月,由钱临照、唐孝威两位院士发起,王淦昌、谢希德谢家麟冯端卢嘉锡等34位院士联合向有关部门提出《关于集中力量全面建设、充分利用合肥国家同步辐射光源的建议》,中国科技大学也正式向国家有关部门提出建造国家同步辐射实验室二期工程(简称二期工程)的申请。
1996年,国家科技领导小组批准二期工程作为“九五”的首批国家重大科学工程项目之一启动。国家计委分别以计科技1997年557号文和1503号文对二期工程项目建议书和可行性研究报告批复中国科学院,同意以中国科技大学为依托建设“国家同步辐射实验室二期工程”国家重大科学工程项目,总投资11,800万元人民币。
1997年4月8日,国家计委批复了NSRLII项目建议书(计科技(1997)557号文)。
1997年8月29日,国家计委批复了可行性研究报告(计科技(1997)1503号文)。
1998年7月8日,国家计委批复了初步设计报告(计投资(1998)1301号文)。
1999年4月15日,国家发展计划委员会以计投资1999年416号文《国家计委关于国家同步辐射实验室二期工程开工建设的批复》同意二期工程开工建设。 二期工程的技术目标是:在充分保证机器主体长期、可靠、稳定运行,大幅度提高光源积分流强、亮度和稳定性的基础上,新建1台波荡器插入元件,增建8条新光束线和相应8个实验站。竣工后,合肥光源的潜力得到更充分的发挥,将作为性能优秀、稳定可靠、部分指标相当先进的中低能区同步辐射光源,长期处于国际上同类装置的一流水平。
1999年,NSRLII完成了水冷系统冷却塔的更新改造,空调系统热交换器等附属设备投入运行,辐射场监测系统通过调试开始试运行。加速器各子系统改造的主要元件及样机研制与测试多已顺利完成并通过了验收。注入系统完成了冲击磁铁磁块分组测试、脉冲电源组装、陶瓷真空盒部分测试。储存环真空系统、电源系统的环主电源、控制系统的相关控制软件、高频系统的新高频机、束测系统的部分组件、波荡器单磁块测量系统等改造或研制均已完成。
1999年12月12日,来自中科院高能所、物理所、电工所、上海同步辐射装置、清华大学复旦大学的9位教授、研究员组成的专家组,对6万高斯超导扭摆磁铁及XAFS光束线、站进行了技术鉴定。会议听取了研制报告、测试结果报告,审阅了全部资料,并进行了现场考察。专家组认为:6万高斯超导扭摆磁铁是一项技术复杂的项目,在我国是首次研制,其综合性能在国际同能区的装置中已居领先地位。该扭摆磁铁安装调试成功,使工作能区扩展到硬X射线领域,具有重要的科学意义。XAFS线、站的主要性能均达到设计指标,光束线的分辨率和光斑的稳定性达到国际上同类装置的水平,提供用户使用后获得了良好的实验结果。
1999年12月19日,NSRL第二届用户委员会第一次会议在合肥召开。会上宣读了经中科院批准的新一届用户委员会名单,简要介绍了二期工程的进展情况、实验室现状和下年度用光计划。委员们肯定了NSRL为用户做的工作,针对用户管理方面存在的一些问题,提出了可行的建议。
2000年,3月20日打开储存环真空,开始安装与之相连的大部分设备和所有光束线的前端,4月中旬封闭。光束线前端于5月安装到位。储存环真空恢复顺利,各前端的真空性能均达到指标要求,通过了工程内部验收。新建的LIGA光束线安装就位,通过了离线调试验收。
2001年,运行质量比改造前大幅度的提高。环的主磁铁电源、注入系统电源等新设备的故障率很低,真空系统改造、新光束线前端等通过了运行的考验。5月超导Wiggler投入运行,为NSRLII的两条用X射线的光束线对光,LIGA站进行了首次调试和试运行,获得了深达1毫米的深度光刻制品(右图)。下半年,高频腔完成机械加工;注入系统长直线段的冲击磁铁已制成;波荡器加工已完成,磁场测量与调整的初步结果令人满意。大部分电源已验收,控制系统的改造与之配合进行。光束线站的非标加工基本完成。除已就位的LIGA线外,其他七条光束线的机械测量(粗)、真空调试、安装就位等工作正全面展开。八个实验站中的四个的主体设备已经初步安装到位。其他各站也进展顺利,重要的非标部件的加工基本完成。公用设施改造的大部分已完成并投入使用。
2002年5月,NSRLII储存环束流闭轨校正系统投入运行并取得良好效果。其三个主要组成部分:束流闭轨位置测量系统、校正铁系统和相关的控制系统功能正常。该系统能很好地满足机器运行和研究的需要。
2002年7月15日,长约2.7米的波荡器UD-1通过专家测试。来自中科院高能物理所、中科院上海原子核所和中国科技大学等单位的专家对NSRLII新建波荡器UD-1的磁场性能指标进行了测试。现场测试结果与原测数据一致,重复性很好。UD-1是中国大陆建成的第一台储存环中以产生高亮度同步辐射的波荡器。其磁间隙变化范围大,测量长度长,磁测指标多、数据多,调试测量的工作量和难度都很大。测试组认为,UD-1调试测量数据完整,性能优良,各项指标均已达到设计要求,主要指标优于设计要求。
2002年,环高频系统10月完成安装,真空系统改造基本完成,工程进入联合调试、试运行阶段。X射线衍射与散射线站通过了专家测试开始试运行。表面物理、光谱辐射标准和计量、原子分子物理等线的光学元件完成安装,开始光路的初步调试。
2003年1月16日,NSRLII光声、光热实验站设计方案调整专家审定会在合肥举行。专家组由南京大学声学研究所张淑仪院士(组长)、复旦大学同步辐射研究中心的张新夷教授、复旦大学生命科学学院的季朝能副教授、中科院基础局的陈勋远研究员和中国科技大学物理系的方容川、施朝淑教授、化学系的苏庆德教授以及生命科学学院吴季辉教授组成。专家们听取了该实验站方案调整内容以及调研结果。专家组认为:NSRLII建设方案已充分考虑了满足真空紫外圆二色光谱实验站的要求,在工程进行中尽快调整方案是必要的,也是合理的,应集中力量建立真空紫外圆二色光谱及光声光谱实验研究方法,并建议光热偏转光谱可不作为二期工程验收内容,条件成熟时再开展这方面工作。
2003年3月13日,NSRLII新注入系统通过束流调试。3月4日打开环真空更换陶瓷真空室组件,3月13日开始带束联调并成功储存束流。四块冲击磁铁能实现良好匹配,励磁电流可加足设计值,最高积累束流流强曾达210mA。注入系统改造是NSRLII的关键子项目之一,也是难点之一。在2002年10月的调试中,束流极难储存。经过多方试验、观察测量和分析,并与高能所、上海核所、日本KEK的专家讨论,判断是陶瓷真空室金属镀膜偏厚,造成磁场时间滞后不均,并制定了改进关键工艺、严格控制质量、加强半成品检测、抓紧进度等措施。由于判断准确,措施得当。陶瓷真空室组件的加工仅用两个多月就顺利完成。各项技术指标皆符合物理设计要求。
2004年3月14-16日,NSRLII通过了中科院组织的加速器及光束线专家测试会。测试组由来自上海应用物理所、北京高能物理所、兰州近代物理所的10位专家组成,陈森玉院士担任组长,赵振堂、夏佳文、夏绍建研究员担任副组长。测试期间,测试组专家审定了工程指挥部提交申请报告,确定了总体工艺综合测试指标和参数,分成8个小组对加速器改造项目和光束线部分的12个子项工艺的测试方法、测试手段和自测结果进行了审定,并对他们的主要性能指标进行了复测。测试组专家认为:NSRLII已测的加速器改造项目通用运行模式满足同步辐射用户的基本需求,可投入运行。12条光束线和实验站可提供同步辐射用户使用。
2004年5月27-28日,中科院基础局组织专家组对NSRLII进行了院级工艺鉴定。鉴定组由魏宝文院士担任组长,陈森玉院士、陆坤权研究员担任副组长的11位专家组成。专家们听取了工程建设报告和分管加速器改造、光束线建设、实验站建设报告;听取了陈森玉院士宣读的工艺测试报告;查阅了工程指挥部提供的专家测试组测试结果;并现场观察了装置运行情况。鉴定组确认了专家测试组提交的测试结果,积极评价NSRLII取得的成绩。改造后的装置技术水平提高到新的高度,运行流强300毫安,束流平均寿命大于8小时;超导扭摆磁铁(Wiggler)运行时,全部14条光束线可同时引出同步辐射光。所有新建实验站皆已基本具备向用户开放的条件,满足大多数同步辐射用户的基本需求,建议在国家验收后将尽快投入运行。
2004年12月14日,NSRLII正式通过了由国家发展和改革委员会委托中科院主持的国家验收。验收委员会听取了工程建设报告、专家测试报告、工艺鉴定报告和预验收意见,查验了工程现场,查阅了文件、档案资料。经过认真、仔细的审查,验收委员会认为:国家同步辐射实验室通过二期工程建设,提高了装置技术水平,扩大了实验应用领域,基本完成了国家发展和改革委员会(原国家计委)批准的建设目标,同意NSRLII通过国家验收。
2005年5月12日,NSRLII齐飞研究组与美国、德国的科学家合作,首次在实验中发现了一系列的碳氢化合物氧化过程的重要中间体-烯醇,其研究成果以Science Express形式发表在5月12日出版的国际权威的学术刊物《科学》杂志上。国外的一些媒体在第一时间作了相关报道。《科学》杂志审稿人认为这是一项非常有意义而且很有趣的工作。这一研究工作由美国、中国、德国五个研究小组共同参与,中国科学技术大学国家同步辐射实验室作为第三参与单位。实验工作在美国劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源和NSRLII完成。
2005年8月4-7日,NSRLII2005年度用户年会在安徽天柱山召开。来自国内外高等院校、科研机构和企业共计45家单位的136位代表参加了会议。会议听取了工程竣工验收后的整体工作、运行和开放情况的报告。美国斯坦福大学沈志勋教授、日本广岛大学乔山教授、加拿大同步辐射装置T.K.sham教授,以及中科院大连化物所包信和所长、中科院生物物理所所长饶子和院士、中科院物理研究所周兴江研究员、中科院北京高能所胡天斗研究员、中科院上海应物所何建华研究员应邀做了精彩报告,分别介绍了各自的科研成果及相关领域研究的最新进展。各实验站工作人员与用户进行了交流、讨论,听取了各线、站用户对用光机时申请、课题发展方向和实验技术方法等方面的意见和建议。会议期间,选出了新一届用户专家委员会,成员由来自13个科研机构的29人组成。委员会主任杨学明(中科院大连化物所)、副主任吴自玉(中科院高能所)、周兴江(中科院物理研究所)、封东来(复旦大学),秘书长高琛。
2005年11月19-20日,NSRLII在合肥举行了发展方向国际研讨会,探讨NSRLII在真空紫外、软X射线和红外领域所面临的重大科学问题、所具备的优势和发展战略等问题。来自法国SOLEIL同步辐射实验室、日本分子科学研究所、日本广岛大学、美国加利福尼亚大学、中科院物理研究所、中科院大连化学物理研究所、中科院上海技术物理研究所、中科院武汉物理与数学研究所、中科院化学所、清华大学、复旦大学、吉林大学、中国科学技术大学等国内外13个高校、研究所的19位知名专家学者参加了会议。会议听取了相关领域专家对各自学科前沿重大科学问题的分析和利用NSRLII解决其科学问题的设想,重点是真空紫外光化学光物理过程、强关联体系的软X射线共振散射和生命或材料科学中的红外光谱显微。专家认为,NSRLII已初步具备了开展这些前沿研究的基本条件,通过与用户的紧密合作,有针对性地重组、改进和完善现有的实验条件、实验技术和方法即可开展这些重要的工作,为我国的基础研究提供一个高水平的研究平台。专家建议优先考虑建立一个软X射线波段的波荡器(undulator),补充真空紫外光束线实验站的条件。
2005年12月14日,利用X射线散斑法研究弛豫铁电体PMN-PT的极化团簇结构取得进展。中科院上海应用物理所邰仁忠课题组与NSRLII科研人员合作,利用NSRLII高亮度X射线光源在X射线衍射与散射实验站上用散斑技术观察到PMN-PT铁电单晶中纳米极化团簇随温度和外电场的变化情况。驰豫铁电体是应用很广泛的一类功能材料,这类材料优异的机电性能一直被认为源于PbTiO3母体中掺杂阳离子所形成的电极化团簇。然而,人们对极化团簇的理解基本上来自理论计算或一些间接的实验结果,尚无电极化团簇的直接实验证据。
2005年12月21-23日,NSRLII通过了中科院组织的现场评估。由中科院高能物理所、兰州近代物理所、上海应用物理所和中科院物理所相关专家组成的专家组对NSRLII改造完成后一年来的运行情况进行了现场评估,专家组组长由陈森玉院士担任。专家组听取了工作汇报,分为加速器、光束线站及用户开放两个小组进行现场考察,并调阅运行记录、进行现场测试,对运行及管理工作进行了深入的了解,对NSRLII的整体运行、开放、用户管理、人才培养及取得的科研成果予以充分肯定。专家组认为:“经二期工程改造后,合肥光源的运行水平得到了较大和明显的提高。除发射度和轨道稳定性外,性能(流强和寿命)接近世界同类光源SRC,CAMD水平”。但由于不具备相应的测试手段,个别敏感出光口是否达到垂直位置漂移30微米稳定性难以定量测量。建议今后应注重改善轨道的稳定性;提高年供光时间(年积分流强)和降低自然发射度,以满足用户需求,并真正达到世界先进水平。专家组给出了《加速器部分现场检查意见》和《光束线站现场检查意见》两个分组报告及《现场检查的了解和建议》总体报告。
2006年3月29日,中科院微电子所在NSRLII光刻站上利用X射线光刻技术成功研制出最外环宽度为150nm的高线密度钛特征线微聚焦波带片,并实现了波带片图形特征尺寸的精确控制,其高宽比达到6.7:1。在X射线波段,各种材料的折射率都近似等于1,无法构造出类似于可见光波段的“透镜”,只能采用波带片来实现对X射线的聚焦。为了满足X射线光学的需求,微聚焦波带片的最外环必须是大高宽比的深亚微米、纳米圆环,因此这种波带片的制作难度非常大。该研究结果充分证明了在国家同步辐射实验室光刻站上进行大高宽比深亚微米、纳米X射线光刻的可行性。
2006年5月29日,NSRLII的软X射线磁性圆二色(XMCD)实验站通过加偏置电压消除外磁场的影响,成功实现了外磁场下MCD的测量。磁性的起源一直是自旋电子学器件应用的关键。传统磁滞测量无法给出各个元素对磁性的贡献,只能得到总效应。利用同步辐射XMCD技术可以将X射线能量精确定位在某个元素的共振吸收处,选择性地研究该元素对磁性的贡献,这对理解复杂材料体系磁性的起源意义重大。由于外磁场对样品出射电子干扰较大,大部分基于同步辐射软X射线磁性圆二色(XMCD)的实验站均无法在加磁场下进行MCD测量。
2006年8月10-15日,NSRLII第一届运行年会在安徽屯溪召开。来自海峡两岸科研院所共计6家单位的56位代表参加了会议。会议听取了NSRLII改造运行、NSRL05-06同步辐射应用研究进展的报告。特邀高能所陈延伟研究员、上海应用物理所阎和平研究员、兰州近物所夏佳文研究员和台湾新竹光源许国栋博士分别介绍了各自大科学装置的运行情况和最新进展。
2006年8月16-20日,NSRLII2006年度用户年会在安徽黄山召开。来自国内外高等院校、科研院所共计38家单位的105位代表,以及中科院基础和国家自然基金委等有关领导参加了会议。会议向与会代表汇报了NSRLII近期发展规划、机器运行汇报和用户开放的情况。会议邀请日本Hiroyuki Oyanagi教授、加拿大Peiqiang Yu教授、台湾杨耀文和李裕新教授、物理所麦振洪和李晨曦教授、复旦大学封东来教授、高能所吴自玉教授、浙江大学李宏年教授做了精彩报告,介绍了各自的科研成果及相关领域研究的最新进展。其中近半报告是近一年来利用NSRLII取得的较有影响的研究成果。会议期间,用户专家委员会讨论和审批了一批NSRL用户课题,评议了实验室开放运行工作、对实验室的发展提出了建议和意见。会议期间还召开了真空紫外研讨会,对国家同步辐射实验室的发展方向、近期目标和重点解决的问题等进行了研究和探讨。
2007年4月5日,NSRLII新建Undulator真空紫外光束线及实验站建设成功。该束线利用波荡器产生的真空紫外辐射,光子能量范围7.5-18.0 eV,平均光子强度1x1013光子/秒,能量分辨E/DE约1000。该波段高次谐波严重,抑制非常困难,是世界上真空紫外光束线研究的重点。新束线采用三级差分的气体滤波器,成功抑制了高次谐波,抑制效率99.99%,达到了世界先进水平。研究人员已在新建实验站上,利用红外激光解析结合同步辐射单光子电离技术研究了生物小分子、有机分子、药物分子等,取得了一些实验结果。
2007年7月22日-25日,NSRLII2007年度用户年会在大连化学物理研究所召开。来自国内外高等院校、科研院所共计26家单位的105位代表参加了此次会议。会议对了解国际同步辐射应用研究领域最新进展、促进国内外同行交流合作、了解用户需求起到了积极的促进作用。
2007年7月24日,NSRLII发展规划研讨会在大连召开。中国科学技术大学党委书记郭传杰,中科院计划局、基础局有关领导,中国科学技术大学有关领导,实验室用户专家委员会委员和部分用户代表,以及实验室主任伍灼耀、执行主任盛六四、副主任高琛和实验部主要学术骨干、线站负责人参加了研讨会。会议听取了实验室发展规划报告,从实验室的定位和发展目标、历史和现况、国内外发展趋势、重点研究领域、光源建设和需要的保障措施等七个方面阐述了实验室在前期调研、筹划和研讨的基础上初步形成的发展规划设想。与会代表展开了热烈的讨论,从NSRL的特色出发,面向国家战略发展和国际前沿科学的需求,强调有所为和有所不为的原则,提出了认真总结现存问题、调整重点研究领域布局、尽可能提高现有装置的水平等很多有益意见和建议。
2007年8月12日-17日,NSRLII运行年会在山东日照召开,会议总结了一年来了机器运行和开放情况,与北京高能所、兰州近物所、上海应物所等兄弟单位的特邀代表进行了学术交流和研讨,与会代表对进一步提高合肥光源的运行质量提出了很多有益的建议。
2007年11月,NSRLII在教育部“985”二期工程支持下新建的X射线成像实验站完成了安装调试,空间分辨率达到50纳米,其分辨能力达到国际先进水平。实验站具有吸收衬度、相位衬度成像和三维成像等功能,可用于表征纳米/亚微米材料,观察细胞和组织的内部结构和形貌变化,在细胞、植物和污染物的内部进行元素定位等,为纳米材料、环境科学和生物医学等提供了一种先进的实验手段。
2008年1月,担任合肥同步辐射国家实验室用户专家委员会主任的中科院大连化物所杨学明研究组的成果“发现玻恩―奥本海默近似在氟加氘反应中完全失效”入选2007年中国十大科技进展。该项研究成果中的部分重要数据在合肥同步辐射国家实验室原子与分子物理实验站上获得。
2008年3月,NSRLII齐飞教授领导的研究组利用低温等离子体放电技术完成了对星际等离子体环境的模拟,并在醇类物质的等离子体放电过程中探测到一系列的烯醇类物质,揭示了烯醇类物质作为一类重要星际物质的可能性。实验结果发表在天文学科顶级期刊《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal 676,416(2008))上。4月,该课题组又有三篇论文正式被《国际燃烧会议论文集》(Proceedings of the Combustion Institute)接收,并将于2008年8月初在加拿大蒙特利尔召开的第三十二届国际燃烧会议(现今燃烧学界档次最高的国际性会议)上进行宣读。入选的三篇论文分别对乙炔、乙基苯和硝基甲烷的低压预混层流火焰进行了深入的研究。《国际燃烧会议论文集》汇集本学科两年来的前沿成果,是燃烧研究领域最著名的杂志之一。这三篇论文的入选是继2005年关于火焰中烯醇探测的文章在Science上发表后,该课题组在燃烧研究领域取得的又一重要进展。
2008年6月,合肥微尺度物质科学国家实验室纳米材料与化学研究部俞书宏教授、NSRLII田扬超研究员及其合作者利用NSRLII的X射线纳米三维成像技术,成功地在室温、空气环境下对运用化学法制造的‘几何明星’凹陷Escher型硫化铜十四面体微晶进行了三维成像,直观地揭示了该凹陷Escher型微晶由四个相同的六角形的板通过相互交叉构筑成具有14个腔洞(其中包括6个正方形和8个三角形)的结构。与传统的形态和结构分析技术如透视电子显微镜和扫描电子显微镜相比,X射线纳米三维成像技术具有更直观解析复杂形态纳米结构的优点。相关论文发表在《应用物理快报》(Appl. Phys. Lett. 92, 233104(2008))上,并被《自然·中国》(Nature China )选为来自中国大陆和香港的突出科学研究成果,在2008年6月的‘Research Highlights’(研究亮点)栏目中以“Nanotomography: Crystal clear”为题并附图介绍了该工作。
2008年9月,合肥国家同步辐射实验室的用户—中科大化学系环境工程实验室俞汉青教授研究小组,利用同步辐射微细加工技术首次制备了一种新型微电极。该课题组利用这个微电极成功测定了好氧硝化颗粒中溶解氧的微区分布,并进行了定量分析,对于其中生化反应机理进行了探讨。实验结果对于微生物颗粒的培养与废水处理具有一定的指导意义。该研究结果已有2篇论文发表在环境学科顶级期刊《环境科学与技术》Environmental Science & Technology 上(41,5447(2007)和42,4467(2008)),还有1篇论文已被该刊物接受。 [1] 

国家同步辐射实验室学科方向

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加速器物理、加速器工程技术、同步辐射光学工程、同步辐射实验技术及其应用研究。
加速器物理和加速器工程技术:围绕光源的高质量运行,继续开展提高光源性能的研究,探讨合肥光源的发展方向,开展相应的加速器物理及工程技术研究,在微波加速结构、插入件、加速器控制、束流测量等方面开展有特色的工作。同时,依托合肥光源和待建的上海光源,开展上海光源深紫外自由电子激光研究;作为探索第四代光源的另一途径,继续在NSRL进行储存环自由电子激光研究。
同步辐射光学工程:发展同步辐射光束线技术、新型探测器和光学元件。
同步辐射实验技术及其应用研究:不断更新和发展实验新方法、新技术,满足同步辐射应用研究需要;在光谱、光电子能谱、圆二色谱等谱学方面对新型功能材料及光化学过程开展研究;利用Wiggler辐射,开展长程及短程有序的物质结构研究;发现和优化新材料集成组合技术及物性检测研究;微电子机械系统(MEMS)的加工方法和相关基础研究;开展生物样品的同步辐射显微术研究。 [2] 

国家同步辐射实验室研究领域

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合肥同步辐射光源是一台能量为800MeV、特征波长为2.4mm、以真空紫外和软X 射线为主的专用光源,它由200MeV电子直线加速器、800MeV电子储存环、五条同步辐射光束线和五个实验站组成。在世界上各种大型研究设施中,首推同步辐射应用面最广。同步辐射具有频谱宽且平滑连续、可准确计算、强度高、方向性好、亮度高、偏振、脉冲时间结构好、洁净等许多优异特性,超微细加工、凝聚态物理、原子和分子物理、化学、医学和辐射计量学等许多科学和技术领域。
本实验室主要科研方向有如下几个方面:
1.结合国家同步辐射实验室二期工程,开展相应的加速器物理和技术的研究。
2.在光谱和光电子能谱方面,重点研究高温超导材料,纳米晶体和团簇以及磁性薄膜,并积极发展集成组合技术(Combi技术),研制新型功能 材料。
3.借助Wiggler辐射, 利用X射线精细结构(XAFS)研究复杂体系的电子态和原子结构,重点选择有掺入杂质和MS2(M为过渡金属)层状化合物。
4.发展全息术等新的实验技术,对湿的(有一定活性的)生物样品在亚细胞水平上进行直接观察。
5.发展新型单色仪:研制短波段光栅等同步辐射光学元件。
6.插入元件和自由电子激光研究。

国家同步辐射实验室研究成果

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“合肥同步辐射加速器及光束线、实验站项目获得1992年中国科学院科技进步特等奖、1995年国家科技进步一等奖。国家同步辐射实验室自开放以来已接待大量国内外用户,现有注册用户100多家。批准课题200 多项, 已取得一批重要研究成果, 获批准专利3项,申请专利7项,在国内外重要刊物上和国际国内学术会议上发表论文300余篇。主要研究成果举例如下:
1.国内首次利用超微细加工采用特殊的静态涂胶工艺和自制的X射线掩模,开展了一系列深度X射线光刻实验研究,研制出多种微结构样品,微结构的尺寸均为微米量级,如最小齿轮直径为35Lm,高度为50Lm。
2.砷化镓表面锰的超薄膜的光电子能谱研究,在国际上首次发现存在磁有序现象。
3.-V族半导体表面硫钝化的研究。在国际上首次采用了一种新的更为有效的硫钝化的方法, 使半导体材料性能大大改善, 并利用同步辐射光电子能谱技术对其钝化机理进行研究。
4.在国内获得第一张生物样品的软X射线全息干涉图。
5.实验室在实施二期工程的同时,为充分发挥光源的性能,不失时机地对加速器技术和光源的升级改造开展了不少研究工作,已经取得一些重要进展,例如:
(1)建成6特斯拉超导扭摆磁铁,并顺利调试成功,使合肥同步辐射光源可开展部分波长短至0.1nm的硬X射线的研究工作。已建成X射线吸收精细结构光束线的实验站。
(2)相干谐波型储存环自由电子激光(SR2FEL)研究,自2008年7月首次获得光学速调管(Optical Klystron,简称OK)自发辐射谱以来,2009年又进行了两次实验;调制因子一次次提高,从0.23 到0.34直至最近实验得到的0.8,这表明SRFEL将会有足够大的增益,有望在将来得到足够高的相干谐波加强因子,从而得到相干谐波辐射。

国家同步辐射实验室相关介绍

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国家同步辐射实验室一期工程建设之时,世界上同步辐射光源中插入元件刚刚开始使用,工程人员注意到了这一趋势,设计了可放置插入原件的长直线节。合肥同步辐射光源从储存环的12块弯转磁铁都可引出特征波长为24埃的同步辐射光束,还有3个直线节可安装插入元件并引出具有其它特征波长的光束。这是我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。
随着科学技术的发展和用户对光源需求的提高,国家同步辐射实验室原有线站已不能满足需要。增加光束线站、改进和提高光源性能势在必行。1997年国家计委批准了“国家同步辐射实验室二期工程”的立项,总投资1.18亿元人民币,在原有装置的基础上改造主要系统,增建1台波荡器和8条光束线及相应的实验站。二期工程于1999年5月正式开工建设,2004年12月通过国家竣工验收,并全面向国内外用户开放。
NSRL以向国内外用户开放为宗旨,光源长期可靠稳定运行为己任,为广大用户提供良好的实验条件和手段;为国家重大基础研究计划(如纳米科技计划、结构基因组研究计划等)、"863"研究项目、国防建设急需的研究项目以及其它学科的创新性研究工作提供一流的研究平台;充分发挥NSRL多学科交叉的特点,开拓同步辐射新的应用领域,促进原创性工作的开展,促进用户取得具有国际影响的研究成果;与产业建立合作关系,并寻求产业建立自己的专用设备或生产基地。
NSRL作为中国重要的同步辐射研究中心之一,成为以同步辐射应用和同步辐射光源研究为主的知识创新基地、人才培养基地及发展高新技术的创新基地。为国内外科学家提供性能优良的实验研究平台,使用户能在若干前沿研究领域取得具有国际先进水平的成果。有选择地开展一些有特色的基础研究和应用基础研究,推动研究成果向高新技术转化。同时,围绕光源和光束线实验站的长期可靠稳定运行,开展必要的机器研究和发展新的实验装置及实验方法。
NSRL经几次升级改造后运行稳定可靠,建有15个实验站,成为向国内外用户提供优质的服务的国家级科研平台,新建的高空间分辨X射线成像光束线及实验站空间分辨率达到世界先进水平。近年来在此装置上基础研究和应用研究方面取得了一系列重要成果,凹陷硫化铜十四面体微晶结构观测、燃烧研究金属/聚合物界面研究、星际烯醇研究、铁磁性半导体研究及超分子液晶材料结构研究等方面取得重大进展,多篇高水平论文陆续在国际著名专业杂志发表。 [3] 
参考资料
  • 1.    工程进展  .中科院[引用日期2013-08-08]
  • 2.    学科方向  .中科院[引用日期2013-08-08]
  • 3.    项目简介   .中科院[引用日期2013-08-08]
  • 词条标签:
    组织机构 科研机构