簡介
上海光源,即SSRF (Shanghai Synchrotron Radiation Facility)
2009年3月16日，中控室監控加速器工作我國跨世紀最大的科學工程，投資逾12億人民幣，2004年12月開工，坐落上海張江高科技園區。
作為國家級大科學裝置和多學科的實驗平台，上海光源由全能量注入器（包括150MeV電子直線加速器、周長180米的全能量增強器和注入/引出系統）、電子儲存環（周長432米，能量3.5GeV）、光束線和實驗站組成。
在這個碩大的圓形裝置中，全能量注入器提供電子束並使其加速到所需能量，無數電子束以接近光的速度在閉合環形的真空電子儲存環中運行，並在拐彎時放出同步輻射光。電子儲存環是同步輻射光源的主體與核心，它的性能直接決定了同步輻射光源性能的優劣。為了保證向用戶提供在空間位置上高度穩定的同步輻射光，電子束軌道的穩定需要被控制在微米量級。
光束線沿著電子儲存環的外側分布，它起著用戶實驗站與電子儲存環之間的橋樑作用。也就是說這道“光閘”將從電子儲存環引出的同步輻射光束“條分縷析”出從遠紅外到硬X射線等不同波長的同步射光，並按用戶要求進行準直、聚焦等再加工，然後輸送到用戶實驗站。
非聚焦X射線光斑在實驗站，同步輻射光被“照射”到各種各樣的實驗樣品上，同時科學儀器記錄下實驗樣品的各種反應信息或變化，經處理後變成一系列反映自然奧秘的曲線或圖像。科學家和工程師們不僅可以利用強大光速快速測定蛋白質三維晶體結構，還能完成對超大規模積體電路的“精雕細刻”。從2004年12月25日正式破土動工，到2009年4月完成調試後向用戶開放，這台投資超過12億人民幣的中能第三代同步輻射光源，能量僅次於世界上僅有的3台高能光源
首獲成功
實驗測量與理論計算的真空波盪器輻射光譜
BL15U1線站獲得的Cu的近邊吸收譜硬X射線微聚焦及套用光束線站（BL15U1）是上海光源工程首批光束線站中，第一條進行調試的真空波盪器光束線站。2009年2月6日下午，科研人員完成了調束前準備工作，晚18:00開始正式調束，隨即在光束線螢光靶和絲掃描探測器上分別觀測到波盪器輻射光斑和光電流，21:30分在實驗站鈹窗出口處的電離室上探測到波盪器輻射的5.4 keV單色光（3次諧波），並掃描獲得該能量下單色器搖擺曲線，實現了首輪調束目標。隨後，科研人員連續奮戰，測量了波盪器光源3－11次諧波輻射光譜，完成Cu的近邊吸收譜的測量和單色器能量標定，測量了微量元素標準樣品SRM610（500ppm）和SRM614（1ppm）的螢光譜。
BL15U1線站使用的真空波盪器由中國科學院上海套用物理研究所自行設計和研製，是國內第一台真空波盪器。真空波盪器是決定中能第三代同步輻射光源能否產生可與高能光源相比的硬X射線的重大關鍵設備，其結構複雜、工藝難度高，是集高精度磁體技術、超高真空技術、精密機械傳動和控制技術等多項高技術於一體的光源設備。BL15U1線站使用的這台波盪器共80個磁周期，周期長度25mm，採用混合型磁體結構，最小工作磁間隙7mm，最大峰值磁場強度0.95T；波盪器為真空型結構，全部磁體和支撐梁處於超高真空環境中；機械傳動採用磁列錐度可調、雙電機驅動方案，通過控制系統操作實現上下磁列平行模式和錐度模式運行。上海光源首批線站使用的兩台真空波盪器原計畫整機從美國公司進口，由於該公司製造工期嚴重延誤，為確保進度，上海光源工程經理部於2008年3月決定緊急啟動自主研製兩台真空波盪器的工作。工程經理部從各相關係統抽調技術骨幹組成項目組，集中力量研製，經過設備調研、方案設計、工程設計與評審、非標設備製造和標準設備採購、設備總裝和調試，僅用11個月的時間就完成了國內首台真空波盪器的研製，為最後工程節點的可控提供了保證。2009年1月28日，這台真空波盪器完成磁場、真空、機械與控制等性能測試，順利安裝到儲存環上；2月3日完成現場準直、真空安裝調試、電氣安裝和聯合調試，2月4日調試出光。根據實測的輻射光譜進行最佳化後，光束線末端的探測器上已觀察到波盪器高強度的11次高次諧波輻射，從實測強度歸算出的波盪器相位誤差約在4度的水平，達到預期目標。
先進性
上海光源性能價格比高：儲存環的能量3.5GeV，在中能區光源中能量最高，性能最佳化在用途最廣的X射線能區。利用近年來插入件技術的新進展，不僅可在光子能量為1-5keV產生最高耀度的同步輻射光，而且在5-20keV光譜區間可產生性能趨近6-8GeV高能量光源所產生的高耀度硬X光；
全波段：波長範圍寬，從遠紅外直到硬X射線，且連續可調。利用不同波長的單色光，可揭示用其他光源無法得知的科學秘密；
高強度：總功率為600千瓦，是Ｘ光機的上萬倍。光通量大於1015光子/（S.10－3bw）。高強度和高通量為縮短實驗數據獲取時間、進行條件難以控制的實驗以及醫學、工業套用提供了可能；
高耀度：其耀度是最強的Ｘ光機的上億倍，主要光譜復蓋區的光耀度為1017～1020光子/（S.mm2.mrad2.10－3bw）。高亮度為取得突破性科技成果提供了高空間分辨、高動量分辨和超快時間分辨的條件；
優良的脈衝時間結構：其脈衝寬度僅為幾十皮秒，可以單束團或多束團模式運行，相鄰脈衝間隔可調為幾納秒至微秒量級，能為研究化學反應動力過程、生命過程、材料結構變化過程和大氣環境污染過程等提供正確可信的數據；
高偏振：上海光源中在電子軌道平面上放出的同步光是完全線極化的, 而離開電子軌道平面方向發射的同步光則是橢圓極化的，因而是研究具有鏇光性的生物分子、藥物分子和表現為雙色性的磁性材料的有力工具；
準相干：上海光源從插入件引出的高耀度光具有部分相干性, 為眾多前沿學科的顯微全息成像分析開闢了道路；
高穩定性，可以提供十幾到幾十小時的穩定束流，光束位置穩定度僅約光斑的10%；
高效性：總共將建設近60條以上光束線和上百個實驗站，給用戶的供光機時將超過5000小時/年，每天可容納幾百名來自海內外不同學科領域或公司企業的科學家/工程師，夜以繼日地在各自的實驗站上使用同步輻射光；
靈活性：光源可運行於單束團、多束團、高通量、高亮度和窄脈衝等多種模式，可依據用戶需求快速變換運行模式，以滿足用戶的多種需求；
前瞻性：首批光束線站的科學目標先進，能夠滿足中國多個學科領域對同步輻射套用的迫切需要，並至少具有30年科學壽命。
國際地位
上海光源SSRF能量居世界第四（僅次於日本SPring-8、美國APS、歐洲ESRF），性能超過同能區現有的第三代同步輻射光源，是世界上正在建造或設計中的性能最好的中能光源之一；
光源建造規模符合中國國情，投資適中，在寬廣的光子能區具有好的性能價格比。光子能量範圍最佳化在0.1-40keV。在5-20keV的硬X射線區，其耀度可接近大而昂貴的6-8GeV的第三代光源。在1-5keV能譜範圍內的耀度居世界最高之列；
SSRF將在亞洲地區與日本SPring-8 (8GeV)、韓國PLS (2.5GeV)、中國台灣TLS (1.5GeV)和印度Indus-II (2.5GeV) 等高低能量的第三代同步輻射光源一起形成可以與美國和歐洲比擬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台。科學壽命大於30年。
目標技術
1）上海光源的建設目標
上海光源上海光源屬中能第三代同步輻射光源，其電子束能量為3.5GeV，僅次於日本的SPring-8 (8GeV)、美國的APS（7GeV）和歐洲共同體的ESRF（6GeV），居世界第四。上海光源包括一台100MeV的電子直線加速器、一台能在0.5秒內把電子束從100MeV加速到3.5GeV全能量的增強器和一台3.5GeV的高性能電子儲存環，以及首批建成的7+1條光束線站。上海光源儲存環平均流強300mA，最小發射度4納米弧度，束流壽命大於10小時。配以先進的插入件後，可在用戶需求最集中的光子能區（0.1-40keV）產生高通量、高耀度的同步輻射光，光子亮度大於1019。儲存環共有40塊彎轉二極磁鐵、16個6.5米的標準直線節和4個12米的超長直線節，具有安裝26條插入件光束線、36條彎鐵光束線和若干條紅外光束線等共60多條光束線的能力，它可同時為近百個實驗站供光。首批建造的5條基於插入件的光束線站，分別是生物大分子晶體學線站、XAFS線站、硬X射線微聚焦及套用線站、X射線成像與生物醫學套用線站、軟X射線掃描顯微線站；2條基於彎轉磁鐵的光束線站分別是高分辨衍射線站和X射線散射線站。此外，還將建造一個基於軟X射線光束線的X射線干涉光刻分支線站。
2）上海光源的技術難度
上海光源是極其複雜的大科學工程，包含有眾多系統，它們分別涉及超導高頻及低溫技術、超高真空技術、高精度數位化電源技術、高性能磁鐵及機械準直技術、高性能束流診斷技術、先進控制技術，以及先進光束線技術等多項先進技術，部件研製及系統集成難度極高；特別是須在保證各系統性能的前提下達到很低的故障率，以實現提供十幾到幾十小時的穩定束流、年運行5000小時以上供光時間的預定目標。
高耀度要求儲存環具有小發射度。上海光源的水平發射度僅約4納米弧度，光源點水平束斑尺寸約150微米、垂直束斑尺寸僅約10微米。然而，低發射度要求儲存環的動力學孔徑只能很小，也帶來了光束的各種不穩定性、束流壽命短等難題。可見，如何最佳化光源的動力學性能以提高束流壽命，是一大難題。
為保持束流穩定，其軌道的垂直穩定度須控制在1微米以內，如何實現這指標是建造上海光源的一大難點。嚴格控制地基的不均勻沉降、儲存環隧道和實驗大廳地板的扭曲和變形，嚴格限定儲存環隧道內空氣溫度的變化和光源設備冷卻水溫度的變化，監測和控制各種振動源，最佳化裝置的機械結構，採用振動的隔離和阻尼措施，提高電源穩定度和降低紋波，並套用軌道反饋手段等，使光源穩定性達到世界一流水平。
時間表
建築安裝工程： 2004年12月-2006年9月
設備加工與製造： 2005年3月-2007年11月
設備安裝與系統調試：2005年7月-2008年3月
調束與試運行： 2008年4月-2009年4月
套用前景
"上海光源"用途:透視
同步輻射為許多前沿學科領域的研究提供了一種最先進又不可替代的工具。利用同步輻射實驗技術開展實驗研究所涉及的學科之眾多，套用的領域之廣泛，是其它大科學裝置無法比擬的。
生命科學和醫藥學與人類健康生活息息相關，也是同步輻射光得到廣泛套用的重要領域。同步輻射X射線衍射方法是當前測定生物大分子結構的最有力手段，是研究生命現象與生物過程的利器。英國科學家J. Walker和美國科學家R. Mackinnon籍助同步輻射研究生物分子的結構與功能，取得了突破性的成就，先後榮獲1997年度和2003年度諾貝爾化學獎。研究病毒以及病毒與人體內發生作用的生物分子的結構，對於弄清病毒的致病機理與過程至關重要，利用這些結構信息有針對性地進行藥物設計、合成與篩選，可以大大加快新藥物研製的進程。利用這種方法，國外已成功研製出用於治療愛滋病的藥物，對於降低愛滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年中國出現SARS疫情後不久，中國科學家就利用同步輻射光成功測定了SARS病毒主蛋白酶的結構，為研製抵禦SARS病毒的藥物提供了重要信息。在醫學診斷方面，同步輻射光也展示出了非常重要的套用前景。心血管疾患常導致突發性死亡，是威脅人類生命的主要疾病之一。採用同步輻射光源X射線的造影技術可以實現安全、高清晰的心血管成像，為心血管疾病的早期診斷提供安全、快速的診斷方法。在腫瘤診斷方面，利用同步輻射光的高分辨特點，可以發現很小的腫瘤，實現腫瘤的早期診斷以提高腫瘤的治癒率。
材料科學是支撐高技術經濟發展必不可少的基礎，未來的技術革命將在很大程度上取決於新型材料的發明，例如半導體、高分子聚合物、合金、陶瓷、超導材料、複合材料、金屬玻璃以及納米材料等，這些具有異乎尋常性能的新型材料將在計算機、信息、通訊、航空航天、機器人、醫藥、微機電和能源等新興產業中獲得越來越廣泛的套用。利用上海光源所產生的高亮度同步輻射光束，可以揭示材料中原子的精確構造和得到有價值的電磁結構參數等信息，它們既是理解材料性能的"鑰匙"，也隱含著發明新穎材料的原理來源。
人類賴以生存的自然環境是脆弱的，資源也是有限的。環境污染、生態失衡、資源短缺、地球變暖和自然災害等，都對人類的生存構成了直接威脅，地球和環境科學面臨的許多挑戰正成為世界性的課題。分子環境科學以同步輻射X射線譜學技術作為主要分析手段，能在分子水平上描述環境污染物的形態，研究污染物的遷移和轉化的複雜化學過程，從而評估污染風險和確定污染治理方案。而基於分子環境科學所建立起來的受環境污染植物的修復技術，以其自然、生態、綠色的特點而越來越受到重視與歡迎，可望產生重大的社會效益和經濟效益。在地球科學研究方面，利用高亮度同步輻射X射線作為微探針，將能夠深入地了解地殼深處和地幔中礦物的演變和轉化，對於礦床地質、礦物、岩石、探礦以及地球化學研究起著重要的作用。
微電子機械系統（MEMS）是一種高智慧型度、高集成度的系統。科學家預言，20年後MEMS產出的社會和經濟效益將相當於今天微電子技術所產生的。在微細加工技術中，利用同步輻射X光深度光刻技術，已經研製出微型感測器、微型光電部件、微型馬達、微型齒輪、微電子開關和微型噴嘴等，同步輻射光將在MEMS製造技術開發方面將發揮重要作用。隨著積體電路的集成度越來越高，科學界預計，對線度在幾十納米及以下的積體電路，同步輻射光刻技術將有可能成為主要的光刻手段。
在石化及化學工業中，催化劑起著核心作用，對產出有重要影響。利用同步輻射光可以研究催化機理和催化劑的特性，這有助於研究發明新型催化劑，其結果直接影響到石油化工的效率和產出。在高分子材料改性和開發研究方面，同步輻射光所起的作用受到越來越多的關注。移動通訊和攜帶型電腦市場的迅猛發展導致對質輕、價低、續航時間長的可充電電池的需求激增，各國的製造商正在為掌握新的電化學反應以開發高性能的電池而陳兵鏖戰，而同步輻射光正是他們手中的新式武器。
在許多其它產業研發與檢測方面，如超大規模積體電路中矽晶片中的痕量雜質探測分析、飛機發動機和太空飛行器的疲勞測試、紙漿無氯漂白工藝改進、化妝品效果分析乃至新口味凝膠食品的開發等，同步輻射光都將大顯其非凡身手。
注釋
John Walker：因闡明了ATP合成的酶作用機制而獲得1997年化學獎；
Roderick Mackinnon：因闡明了離子通道的結構與機制而獲得2003年化學獎；
科學意義與社會效益
上海光源上海光源能量居世界第四，是世界上同能區正在建造或設計中性能指標最先進的第三代同步輻射光源之一，性能被最佳化在用途最廣泛的X射線能區，科學壽命大於30年，並可開展自由電子雷射等下一代光源的研究。它將對中國科學技術的發展和綜合國力的提高產生重大影響，主要可簡述為以下四個方面：
1、上海光源將為中國的多學科前沿研究和高新技術開發套用提供先進的實驗平台，將為提升中國的綜合科技實力做出不可替代的重要貢獻。
上海光源具有幾十條可向用戶開放的光束線和上百個科學實驗站，它們將為中國的生命科學、材料科學、環境科學、信息科學、凝聚態物理、原子分子物理、團簇物理、化學、醫學、藥學、地質學等多學科的前沿基礎研究，以及微電子、醫藥、石油、化工、生物工程、醫療診斷和微加工等高技術的開發套用，提供不可替代的先進實驗平台。僅以生命科學為例，生命科學已進入了後基因組時代，蛋白質科學已成為各已開發國家競相搶占的制高點，因此蛋白質科學技術已成為中國國家中長期科技發展規劃的關注點。而以蛋白質結構和功能研究為主要目標的結構基因組學研究，其中80%以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進行，所以上海光源將成為中國生命科學前沿研究不可或缺的大科學設施。
上海光源將對有巨大產業前景的微電子、微機械等高新技術的開發，起到極大的推動作用。由於在長三角地區存在擁有此類高技術的許多高端用戶，故而草擬中的上海市中長期科技發展規劃里，已將套用上海光源放在非常重要的地位，潛在用戶中囊括了微電子與光電子工藝平台、先進複合材料、紅外光電材料和器件、再生能源等多個領域中的上千名高科技開發商。
上海光源作為先進的中能第三代同步輻射光源，本身具有很高的現代高科技的融合度和集成度，因此它將成為中國顯示綜合科技實力的標誌性重大科學裝置，並為提升國家知識創新能力和綜合科技實力做出不可替代的重要貢獻。
2、上海光源將為不同學科間的相互滲透和交叉融合創造優良條件，為組建綜合性國家大型科研基地奠定基礎。
上海光源首批建設的光束線和實驗站居國際先進水平，可同時容納幾百名來自不同學科和高技術領域的科學家、工程師開展科學實驗。幾十條光束線和上百個實驗站全部建成後，同時容納的研究人員可達上千名。如此之多的研究人員同時使用上海光源，就創造了特有的科研氛圍，為不同學科間的學術交流提供了天然的優良條件，使上海光源自然而然成為綜合性的大型前沿研究中心，為萌發新思想、創造新方法和開闢新學科提供極為有利的環境條件。
中國科學院正計畫籌建以上海光源等大型設施為依託的上海套用物理國家實驗室。該國家實驗室在發展光源物理與技術的同時，還將大力開展相關學科的交叉融合性研究，如空間技術向小型化和微型化發展中所需要的新型信息功能材料與器件研究與研製、健康領域中疾病的新型診斷技術和新藥的設計與遴選技術研究、結構與功能材料研究、強光技術研究、有機化學領域前沿問題研究等。這個計畫組建的國家實驗室將成為在國際上占有一席之地的綜合性高科技研發中心。
3、上海光源將直接帶動中國相關工業的發展
上海光源上海光源的建設將直接帶動中國現代高性能加速器、先進電工技術、超高真空技術、高精密機械加工、X射線光學、快電子學、超大系統自動控制技術以及高穩定建築等先進技術和工業的發展。大科學工程的實踐證明，這種帶動作用的間接效應所帶來的社會和經濟效益是非常大的。
上海光源對於中國在現有的工業基礎上及早趕上國際先進水平，取得具有自主智慧財產權的技術開發成果，將起到重要作用。例如，中國在某些催化劑和高分子材料的研究方面有著相當好的基礎和科技積累，但加入WTO之後，面臨激烈的競爭，催化劑的研發就是競爭的一個焦點。上海光源將是新型催化劑研發中不可或缺的工具。放眼世界，各大石油公司均已在同步輻射光源上建有專用的光束線站，假如沒有高性能的第三代同步輻射光源先進技術的支持，中國企業將面臨十分被動的局面，因為一種催化劑的成敗，會導致進口貨和國產品每年的銷售差價超過10億元人民幣之多。此外，基於第三代同步輻射光源的微細加工技術已成為發展微電子機械系統的主要支撐技術，微細加工將在不長的時間內形成具有相當規模的產業。隨著業界對積體電路的集成度要求越來越高，科學界估計，對線度在幾十納米及以下的積體電路，第三代同步輻射光刻技術有可能將成為主要的光刻手段。在醫療診斷和新藥研究方面，上海光源也將顯示出其獨特的優勢，例如雙光子高清晰度心血管造影技術等。
4、上海光源將產生的社會效益
大科學工程對社會的影響是多方面、多層次的。上海光源的建成是民族自強的體現，它顯示了中國在高新技術領域占有一席之地的決心和意志。可預見到，上海光源將成為愛國主義教育和科學普及的基地，國內已建成的大科學工程均已開展這項工作，獲得很好的效果。上海光源由中央政府和地方政府共同出資，在中國更是開歷史之先河。中國正處在一個變革時期，構建新體制是當前的重要任務，上海光源的建設將為此增添一份寶貴的經驗。
驗收
上海光源外景2010年1月19日下午，中國迄今最大的國家重大科學工程——上海同步輻射光源（簡稱“上海光源”，英文縮寫SSRF）在上海順利通過國家驗收，即將正式對中外各學科領域的科研用戶開放。
建設大事記
2004年12月25日，舉行上海光源工程開工典禮，正式破土動工。
2006年10月26-27日，上海光源工程5條光束線站和電子直線加速器的調整方案通過評審論證。
2007年4月16日，增強器正式開始隧道安裝。
2007年5月15日，直線加速器啟動調束，當日實現電子束出束。
2007年6月11日，儲存環設備總體安裝正式啟動。
2007年6月28日，直線加速器各項技術指標基本達到設計要求。
2007年11月30日，首批全部7條光束線站前端區設備安裝完成。
2007年12月24日 在開工三周年之際，上海光源出光。
2008年5月12日，第一條光束線站——小角散射線站首輪調試成功，將聚焦的同步輻射單色光引到實驗站樣品處。
2008年12月27日，第一條波盪器光束線站——軟X射線譜學顯微線站首輪調試成功。
2009年1月28日，第一台真空波盪器自主研製成功，在儲存環上安裝就位。
2009年2月6日，硬X射線微聚焦及套用線站首輪調試成功。
2009年3月7日，首批建設的最後一條光束線站——生物大分子晶體學線站首輪調試成功。
2009年4月中下旬，直線加速器、增強器和儲存環、首批7條光束線站通過工程科技委組織的專家測試。
2009年4月26-27日，上海光源工程建設國際評估會舉行。
2009年4月29日，上海光源國家重大科學工程舉行竣工典禮，上海光源工程按期建成，總工期52個月。同時，上海光源國家科學中心(籌)正式揭牌。
2009年5月6日，上海光源正式對國內用戶開放試運行。
2009年7月16日，上海光源完成對用戶的首輪開放，期間安排用戶實驗時間39天。
2009年10月22-27日，上海光源工程通過驗收工藝測試。
2009年12月8日，上海光源工程通過工藝鑑定驗收。
2010年1月18日，上海光源工程通過中科院和上海市組織的預驗收。
2010年1月19日，上海光源工程通過國家驗收。
