同步辐射光源被誉为“前沿科研的眼睛”“科技的灯塔”，是现代科学不可或缺的大型研究平台。同步辐射光源就像观测物质微观结构的“探照灯”，可以产生“全且亮”的X光，“看清”物质结构的静态构成和动态演化，从而推动材料科学、化学工程、能源、环境、生物医学等多领域发展。中国有几个同步辐射光源？合肥先进光源是做什么产品的？下面一起来了解下目前最先进的光源——同步辐射光源。


同步辐射光源概述

同步辐射是一种由接近光速运动的带电粒子在弯曲的轨道上运动时产生的电磁辐射现象。在同步辐射光源装置中，电子通过加速器加速产生了高能量的电子束并在磁场中偏转，由于相对论效应，这些电子会发射出从红外线到X射线的各种波长的光子。类似于阳光照射到物体之后，很多光子携带着物体的颜色、大小和形状等信息进入我们的眼睛一样，在同步辐射光源中，人们利用各种探测器代替了眼睛，使用波长覆盖从原子水平到生物细胞尺度的大范围的同步辐射光子，研究各种环境中的物质。这为物理、化学、材料科学、计量学、地球科学、环境科学、生命科学等各个领域的前沿研究突破和关键技术的实现提供了有力支持。

同步辐射实验技术在众多学科领域中的应用和支撑作用的显著提升，得益于同步辐射光源的不断升级。同步辐射光源历经了四代的发展。第一代寄生在高能物理研究的加速器上，性能和时间受到极大限制，发射度比较大(约1000 nm·rad量级)，亮度较低，但仍显示了强大的研究支撑能力。第二代是专门设计用于同步辐射应用的光源，发射度显著降低(40—150 nm·rad)，亮度明显提高，形成了大型综合性的多学科研究平台。第三代是采用大量插入件实现低发射度的专用光源，将发射度进一步降低至10 nm·rad以下，光源的亮度相比第二代提高3个数量级，形成了国家级甚至世界级的综合性研究中心。而当前正在全球范围内建设或升级的第四代光源采用多弯铁消色散结构，将发射度进一步降低至光的衍射极限——“辐射波长/4π”，其亮度比第三代光源高出2—3个数量级。第四代光源除了具备更加优异的亮度外，具有相干性的光子比例也显著提升，为基于同步辐射光源的科学研究带来了新的机遇。

同步辐射的亮度决定了探测微观物质结构的时空分辨极限，第一、二代同步辐射光源亮度最高在1016 phs/s/mm2/mr2/1‰B.W.水平，第三代同步辐射光源达到1019至1020 phs/s/mm2/mr2/1‰B.W.，而第四代同步辐射光源亮度可达1022 phs/s/mm2/mr2/1‰B.W.以上。亮度的提高能够实现物质结构更高分辨的实时探测。


合肥先进光源是做什么产品的

合肥先进光源（HALF）是基于衍射极限储存环的第四代同步辐射光源，其发射度及亮度指标的设计目标为世界第一，建成后将是全世界最先进的衍射极限储存环光源。

合肥先进光源国家重大科技基础设施项目位于合肥市长丰县岗集镇，总投资27.78亿元，占地面积约657亩，总建筑面积约10万㎡，拟建合肥先进光源基础设施和配套设施。从空中俯瞰，建筑犹如一只巨大的“灵眸”。项目总投资超27亿元，建成后将使中国形成全能量区覆盖的先进光源体系，在物理、电子、信息、化学化工、材料、生命科学等领域发挥关键作用，加快推动合肥成为世界级光子科学研究中心和产业研发高地。

合肥先进光源项目由中国科学技术大学和合肥未来大科学城建设投资有限公司投资建设、上海建筑设计研究院有限公司和合肥工业大学设计院（集团）有限公司设计、上海建工一建集团有限公司和安徽建工三建集团有限公司联合体总承包，合同额8.83亿元。

合肥先进光源采用的是国际最先进、亚洲唯一低能量区第四代同步辐射光源，采用更加复杂的加速器结构，使其亮度更高、相干性更好，它的特点可以实现复杂体系电子态、化学态、轻元素结构的精确测量。预计在2027年建成。

中国有几个同步辐射光源

世界上正在运行或者在建的同步辐射光源有80台，中国目前三台分别在北京，合肥和上海，分别是一二三代，位于安徽合肥的国家同步辐射实验室是我国建设的第二代光源，而位于上海张江的“上海光源”是第三代光源。目前武汉深圳和怀柔都在建第四代同步辐射光源。根据公开资料怀柔最新最大的同步辐射光源造价48亿人民币，日本在建最新的Spring-8，造价1100亿日元，相当于80亿人民币，大概都在一个数量级上。而且一个同步辐射装置可以对应多个光刻设备，而一台EUV光刻机价格1.5-2亿美元，10-15亿人民币。这个成本完全没问题甚至一个环上多建几个线站的话可以平摊得更低。

我国大陆目前已建成北京、上海、合肥三台同步辐射光源，免费开放给科研人员使用，但实验机时供不应求。上海光源于2016年开工，2018年产出第一束光，后续的升级建设是在已有的加速器旁新建更多的X光实验设施（“线站”），满足各个领域对X光的不同需求。北京正在建设一台新的高能同步辐射光源，是目前世界上最先进、最强大的第四代光源。

同步辐射光源与散裂中子源都是研究物质微观结构的理想‘探针’，两者之间优势互补。2018年，中国散裂中子源已在广东东莞建成并高效运行，规划中的南方先进光源毗邻中国散裂中子源建设，可以发挥“一加一大于二”的效果。