大科学装置
LargeScaleScientificFacilities
上海同步辐射光源*
中国科学院上海应用物理研究所
（上海201800)
关键词大科学工程，中国，上海同步辐射光源中国科学院基础科学局（北京100864)
上海同步辐射光源（简称“上海光源”；
英文全名为ShanghaiSynchrotronRadiation辐射（Synchrotronradiation）。人们发现，同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能，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。Facility，缩写为SSRF）是一台高性能的中能第三代同步辐射光源，它是我国迄今为止最
大的大科学装置，在科学界和工业界有着广
泛的应用价值。它具有建设60余条光束线
的能力，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，具有
波长范围宽、高强度、高亮度、高准直性、高
偏振与准相干性、可准确计算、高稳定性等
一系列优异的特性，可用以从事生命科学、
材料科学、环境科学、信息科学、凝聚态物
理、原子分子物理、团簇物理、化学、医学、药
学、地质学等多学科的前沿基础研究，以及
微电子、医药、石油、化工、生物工程、医疗诊
断和微加工等高技术开发应用的实验研究，
将成为我国多学科前沿研究和高新技术开
发应用的重要科技平台。图1同步辐射光的基本原理同步辐射光源已经历了3代的快速发展，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光源，它广泛地使用扭摆器、波荡器等插入件，具有更小的电子束斑尺寸或电子发射度。目前，世界上已建
成的第三代同步辐射光源超过20台（包括
我国台湾及韩国各1台），正在设计和建造
的第三代同步辐射光源约10台。1同步辐射与同步辐射光源同步辐射是超高真空环境中以接近光速运动的电子在运动方向改变时产生的电
磁辐射，其本质与我们日常接触的可见光和2上海光源概况
上海光源是世界上同能区已建成或正
在建造中的性能指标最先进的第三代同步X光一样，都是电磁辐射。1947年这种辐射在同步加速器上被发现，因而被命名为同步
*本文由中国科学院上海应用物理研究所办公室主任贺战军(E-mail:[email protected])，基础科学局彭子龙共同组织撰写
收稿日期：2009年6月3日
2009年.第24卷.第4
期
大科学装置
LargeScaleScientificFacilities图2扭摆器发光
辐射光源之一。上海光源主体包括1台能量
为150MeV的电子直线加速器，1台周长为图3波荡器发光海市市长韩正任副组长的工程领导小组，和由中科院副院长江绵恒任总指挥、上海市副
市长杨雄任副总指挥的工程指挥部。在工程
领导小组和工程指挥部的直接领导下，工程
经理部具体实施上海光源工程的建设。经过180m、能量为3.5GeV的增强器，1台周长为432m、能量为3.5GeV的电子储存环，若干光束线和实验站。
4年多的紧张建设，至
表1上海光源加速器主要性能指标
能量150MeV；
直线加速器单束团模式1ns,1nC，多束团模式200ns,3nC；
中心能量稳定性0.5%；能散度0.5%
注入能量150MeV；引出能量3.5GeV；
增强器自然发射度
单束团流强>1mA，多束团流强>5mA；能散
电子束能量3.5GeV；流强200-300mA；
储存环最小自然发射度4nm·rad；能散度1×10-3；
垂直方向轨道稳定度1微米；束流寿命10小时2009年4月全面、优质、按时地完成了建设任务。经国内专家测试和国际专家评议，上海光源建设质量达到世界一流水平，现开始向用户开放。上海光源建设进展情况：2004年12月25日，上海光源国家重大科学工程正式开工；2006年
4月28日，主体建筑钢结
上海光源工程是由中科院与上海市政
府共同向国家申请建造的国家重大科学工
程，由中科院上海应用物理所承建（项目法
人单位）。建设内容包括直线加速器、增强
器、储存环、首批建设的7条光束线和实验
站、公用设施以及主体建筑和辅助建筑。坐
落在上海浦东张江高科技园区，占地面积约构吊装合拢；2006年10月15日，35kV电站受电，开始试运行；2007年5月15日，直线加速器调束成功；2007年10月5日，增强器调束实现3.5GeV电子束升能；2007年12月24日，储存环调束成功实现电子束储存和出光；2008年5月12日，第一条光束线站———X射线
小角散射线站首轮调试成功；储存环达到能
量3.5GeV、流强≥200mA、寿命≥10h的
设计指标；首批最后一条光束线站———生物
大分子晶体学光束线站首轮调试成功；2009
年4月29日，上海光源国家重大科学工程
竣工。20万m2。上海光源工程经国家批准，于2004年12月25日正式破土动工，建设周期52个月。中科院和上海市政府积极组织、认真实施，成立了由中科院院长路甬祥任组长、上
2009年.第24卷.第4期
上海同步辐射光源
表2上海光源首批光束线站主要性能指标
生物大分子
晶体学线站
（BL17U1）
衍射线站
（BL14B1）能量范围5—18keV；能量分辨(@12keV)≤2×10-4；光子通量(@12keV)>2×1012phs/s(@200mA)；光斑尺寸(H×V)≤150×50μm2@12keV；发散角(H×V)≤0.4×0.1mrad2能量范围4—22keV；能量分辨率ΔE/E≤2×10-4@10keV；光子通量≥2×1011phs/s@10keV@200mA；
聚焦光斑≤0.4H×0.4Vmm2
XAFS线站
（BL14W1）能量范围4—22.5keV；能量分辨(@10keV)≤2×10-4；Si(111)晶体样品处光通量(@10keV)：≥2×1012phs/s(200mA)；
聚焦光斑尺寸(H×V)≤0.5×0.5mm2
硬X射线微聚焦线站
（BL15U1）能量范围5—20keV；能量分辨(@10keV)≤2×10-4；最小光斑尺寸≤3mm(FWHM)；
光子通量(@10keV)≥6×1010photons/s(200mA)
X射线成像及生
物医学应用线站
（BL13W1）
软X射线
谱学显微线站
（BL08U1）能量范围10—60keV；能量分辨≤5×10-3；光子通量≥1×109phs/s/mm2(@20keV@200mA)；光斑尺寸≤45mm(H)×5mm(V)@30mA@20keV光子能量范围250—2000eV；分辨能力3000@410eV，1500@1840eV；空间分辨≤150nm；光子通量≥108(phs/s)@410eV，≥107(phs/s)@1840eV
能量范围5—20keV；能量分辨率≤6.0×10-4@10keV；
光子通量≥3×1011@10keV@200mA；
光斑尺寸：0.4×0.5mm2@10keVX射线小角散射线站（BL16B1）
3上海光源的应用前景
同步辐射为众多前沿学科领域的研究
提供了一种最先进又不可替代的工具。利用
同步辐射实验技术能够开展众多学科的实
验研究，应用领域十分广泛。
生命科学和医药学是利用同步辐射光
进行广泛应用的重要领域。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，是研究生命现象与生物过程的
利器。英国科学家J.Walker、美国科学家R.2006年度诺贝尔化学奖。在2003年我国出现SARS疫情后不久，我国科学家就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。在肿瘤诊断方面，利用同步辐射光的高分辨特点，可以发现很小的肿瘤，实现肿瘤的早期诊断以提高治愈率。材料科学是同步辐射光应用的又一重要领域。利用上海光源所产生的高亮度同步辐射光束，可以揭示材料中原子的精确构造
和得到有价值的电磁结构参数等信息，它们
既是理解材料性能的“钥匙”，也隐含着发明
新材料的原理来源。
在环境资源领域，以同步辐射X射线Mackinnon和R.Kornberg借助同步辐射研究生物分子的结构与功能，取得了突破性的成就，先后荣获1997年度、2003年度和
2009年.第24卷.第4
期
大科学装置
LargeScaleScientificFacilities表3同步辐射实验方法和应用领域谱学技术作为分子环境科学研究的主要分析手段，在分子水平上动态分析污染物的形态、成分、来源、转移路径等，从而为评估污染风险和确定污染治理方案提供重要依据。而基于分子环境科学所建立起来的受环境污染的植物修复技术，可望产生重大的社会效益和经济效益。利用高亮度同步辐射X射线作为微探针，能够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起着重要作用。
工业应用方面，在微细加工技术中，利用第三代同步辐射光源的X射线深度刻蚀技术（LIGA技术），可制造肉眼难以看清的许多三维微型装置，并可进一步发展为高度智能化、集成化的微型电子蛳机械系统（MEMS），它们在航天、医学、国防、自动化等许多领域有广阔可开发市场。随着集成电路的集成度越来越高，科学界预计，对线度在几十纳米及以下的集成电路，同步辐射光刻技术将有可能成为主要的光刻手段。在石化及化学工业中，利用上海光源可研究催化机理和催化剂的特性，这有助于研究发明新型催化剂，其结果直接影响到石油化工的效率和产出。上海光源也是研究新的电化学反应以开发高性能电池的利器。在许多其它产业研发与检测方面，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、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等方面，上海光源都将大显其非凡身手。（相关图片请见封二、封三）2009年.第24卷.第4期
大科学装置
LargeScaleScientificFacilities
上海同步辐射光源*
中国科学院上海应用物理研究所
（上海201800)
关键词大科学工程，中国，上海同步辐射光源中国科学院基础科学局（北京100864)
上海同步辐射光源（简称“上海光源”；
英文全名为ShanghaiSynchrotronRadiation辐射（Synchrotronradiation）。人们发现，同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能，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。Facility，缩写为SSRF）是一台高性能的中能第三代同步辐射光源，它是我国迄今为止最
大的大科学装置，在科学界和工业界有着广
泛的应用价值。它具有建设60余条光束线
的能力，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，具有
波长范围宽、高强度、高亮度、高准直性、高
偏振与准相干性、可准确计算、高稳定性等
一系列优异的特性，可用以从事生命科学、
材料科学、环境科学、信息科学、凝聚态物
理、原子分子物理、团簇物理、化学、医学、药
学、地质学等多学科的前沿基础研究，以及
微电子、医药、石油、化工、生物工程、医疗诊
断和微加工等高技术开发应用的实验研究，
将成为我国多学科前沿研究和高新技术开
发应用的重要科技平台。图1同步辐射光的基本原理同步辐射光源已经历了3代的快速发展，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光源，它广泛地使用扭摆器、波荡器等插入件，具有更小的电子束斑尺寸或电子发射度。目前，世界上已建
成的第三代同步辐射光源超过20台（包括
我国台湾及韩国各1台），正在设计和建造
的第三代同步辐射光源约10台。1同步辐射与同步辐射光源同步辐射是超高真空环境中以接近光速运动的电子在运动方向改变时产生的电
磁辐射，其本质与我们日常接触的可见光和2上海光源概况
上海光源是世界上同能区已建成或正
在建造中的性能指标最先进的第三代同步X光一样，都是电磁辐射。1947年这种辐射在同步加速器上被发现，因而被命名为同步
*本文由中国科学院上海应用物理研究所办公室主任贺战军(E-mail:[email protected])，基础科学局彭子龙共同组织撰写
收稿日期：2009年6月3日
2009年.第24卷.第4
期
大科学装置
LargeScaleScientificFacilities图2扭摆器发光
辐射光源之一。上海光源主体包括1台能量
为150MeV的电子直线加速器，1台周长为图3波荡器发光海市市长韩正任副组长的工程领导小组，和由中科院副院长江绵恒任总指挥、上海市副
市长杨雄任副总指挥的工程指挥部。在工程
领导小组和工程指挥部的直接领导下，工程
经理部具体实施上海光源工程的建设。经过180m、能量为3.5GeV的增强器，1台周长为432m、能量为3.5GeV的电子储存环，若干光束线和实验站。
4年多的紧张建设，至
表1上海光源加速器主要性能指标
能量150MeV；
直线加速器单束团模式1ns,1nC，多束团模式200ns,3nC；
中心能量稳定性0.5%；能散度0.5%
注入能量150MeV；引出能量3.5GeV；
增强器自然发射度
单束团流强>1mA，多束团流强>5mA；能散
电子束能量3.5GeV；流强200-300mA；
储存环最小自然发射度4nm·rad；能散度1×10-3；
垂直方向轨道稳定度1微米；束流寿命10小时2009年4月全面、优质、按时地完成了建设任务。经国内专家测试和国际专家评议，上海光源建设质量达到世界一流水平，现开始向用户开放。上海光源建设进展情况：2004年12月25日，上海光源国家重大科学工程正式开工；2006年
4月28日，主体建筑钢结
上海光源工程是由中科院与上海市政
府共同向国家申请建造的国家重大科学工
程，由中科院上海应用物理所承建（项目法
人单位）。建设内容包括直线加速器、增强
器、储存环、首批建设的7条光束线和实验
站、公用设施以及主体建筑和辅助建筑。坐
落在上海浦东张江高科技园区，占地面积约构吊装合拢；2006年10月15日，35kV电站受电，开始试运行；2007年5月15日，直线加速器调束成功；2007年10月5日，增强器调束实现3.5GeV电子束升能；2007年12月24日，储存环调束成功实现电子束储存和出光；2008年5月12日，第一条光束线站———X射线
小角散射线站首轮调试成功；储存环达到能
量3.5GeV、流强≥200mA、寿命≥10h的
设计指标；首批最后一条光束线站———生物
大分子晶体学光束线站首轮调试成功；2009
年4月29日，上海光源国家重大科学工程
竣工。20万m2。上海光源工程经国家批准，于2004年12月25日正式破土动工，建设周期52个月。中科院和上海市政府积极组织、认真实施，成立了由中科院院长路甬祥任组长、上
2009年.第24卷.第4期
上海同步辐射光源
表2上海光源首批光束线站主要性能指标
生物大分子
晶体学线站
（BL17U1）
衍射线站
（BL14B1）能量范围5—18keV；能量分辨(@12keV)≤2×10-4；光子通量(@12keV)>2×1012phs/s(@200mA)；光斑尺寸(H×V)≤150×50μm2@12keV；发散角(H×V)≤0.4×0.1mrad2能量范围4—22keV；能量分辨率ΔE/E≤2×10-4@10keV；光子通量≥2×1011phs/s@10keV@200mA；
聚焦光斑≤0.4H×0.4Vmm2
XAFS线站
（BL14W1）能量范围4—22.5keV；能量分辨(@10keV)≤2×10-4；Si(111)晶体样品处光通量(@10keV)：≥2×1012phs/s(200mA)；
聚焦光斑尺寸(H×V)≤0.5×0.5mm2
硬X射线微聚焦线站
（BL15U1）能量范围5—20keV；能量分辨(@10keV)≤2×10-4；最小光斑尺寸≤3mm(FWHM)；
光子通量(@10keV)≥6×1010photons/s(200mA)
X射线成像及生
物医学应用线站
（BL13W1）
软X射线
谱学显微线站
（BL08U1）能量范围10—60keV；能量分辨≤5×10-3；光子通量≥1×109phs/s/mm2(@20keV@200mA)；光斑尺寸≤45mm(H)×5mm(V)@30mA@20keV光子能量范围250—2000eV；分辨能力3000@410eV，1500@1840eV；空间分辨≤150nm；光子通量≥108(phs/s)@410eV，≥107(phs/s)@1840eV
能量范围5—20keV；能量分辨率≤6.0×10-4@10keV；
光子通量≥3×1011@10keV@200mA；
光斑尺寸：0.4×0.5mm2@10keVX射线小角散射线站（BL16B1）
3上海光源的应用前景
同步辐射为众多前沿学科领域的研究
提供了一种最先进又不可替代的工具。利用
同步辐射实验技术能够开展众多学科的实
验研究，应用领域十分广泛。
生命科学和医药学是利用同步辐射光
进行广泛应用的重要领域。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，是研究生命现象与生物过程的
利器。英国科学家J.Walker、美国科学家R.2006年度诺贝尔化学奖。在2003年我国出现SARS疫情后不久，我国科学家就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。在肿瘤诊断方面，利用同步辐射光的高分辨特点，可以发现很小的肿瘤，实现肿瘤的早期诊断以提高治愈率。材料科学是同步辐射光应用的又一重要领域。利用上海光源所产生的高亮度同步辐射光束，可以揭示材料中原子的精确构造
和得到有价值的电磁结构参数等信息，它们
既是理解材料性能的“钥匙”，也隐含着发明
新材料的原理来源。
在环境资源领域，以同步辐射X射线Mackinnon和R.Kornberg借助同步辐射研究生物分子的结构与功能，取得了突破性的成就，先后荣获1997年度、2003年度和
2009年.第24卷.第4
期
大科学装置
LargeScaleScientificFacilities表3同步辐射实验方法和应用领域谱学技术作为分子环境科学研究的主要分析手段，在分子水平上动态分析污染物的形态、成分、来源、转移路径等，从而为评估污染风险和确定污染治理方案提供重要依据。而基于分子环境科学所建立起来的受环境污染的植物修复技术，可望产生重大的社会效益和经济效益。利用高亮度同步辐射X射线作为微探针，能够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起着重要作用。
工业应用方面，在微细加工技术中，利用第三代同步辐射光源的X射线深度刻蚀技术（LIGA技术），可制造肉眼难以看清的许多三维微型装置，并可进一步发展为高度智能化、集成化的微型电子蛳机械系统（MEMS），它们在航天、医学、国防、自动化等许多领域有广阔可开发市场。随着集成电路的集成度越来越高，科学界预计，对线度在几十纳米及以下的集成电路，同步辐射光刻技术将有可能成为主要的光刻手段。在石化及化学工业中，利用上海光源可研究催化机理和催化剂的特性，这有助于研究发明新型催化剂，其结果直接影响到石油化工的效率和产出。上海光源也是研究新的电化学反应以开发高性能电池的利器。在许多其它产业研发与检测方面，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、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等方面，上海光源都将大显其非凡身手。（相关图片请见封二、封三）2009年.第24卷.第4期