各种光源

这是3月16日拍摄的“上海光源”高性能电子储存环旁的部分实验站。 新华社记者 裴鑫 摄 　　今天，“上海光源”正式竣工。这项总投资约12亿元、历经4年零4个月建设的国家重大科学工程，终于成功绽放出七彩的春光。 　　“上海光源”有何奥妙?它和我们普通人的生活有啥关系?带着这些疑问，本报记者独家采访了中国科学院院士杨福家。杨福家院士不仅是该领域的专家，而且早在1995年，他曾和谢希德等科学家一起，在市政协相关会议上提出“在上海建造第三代同步辐射光源”的提案，为“上海光源”的故事写下了一个精彩开头。转眼14个年头过去，从上海到全国，各级领导、科学家、工程技术人员为上海光源工程殚精竭虑，也理应让更多人知道“上海光源”、了解“上海光源”。杨福家院士欣然应邀，带领本报读者一起“神游”上海光源。 　　它是一个“光的博物馆” 　　新闻视点：平心而论，大多数人恐怕直到现在还不是很明白，“上海光源”究竟是个什么东西，能派什么用场。您能否用简单的语言先给大家做一下科普? 　　杨福家：“上海光源”的学名叫“上海同步辐射光源”。严格来说，它不是用来制造我们肉眼可见的“光”，而是发出从远红外到硬X射线的不同波长的电磁波。与可见光相比，这些“看不见的光”波长更短，能量更高。 　　简单来说，“上海光源”的工作原理，是让接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动，因为改变运动方向而释放的能量，将转换成各种波段的电磁波。其本质与我们日常接触的可见光和X光一样，都是电磁波。电磁波又叫电磁辐射，由于这种现象最先是1947年在高能物理实验用的同步加速器上发现的，因而被命名为同步辐射(Synchrotron radiation)。 　　“上海光源”坐落于张江，距地铁二号线终点站不算太远。这幢圆盘形的地标建筑，一直被人们形容为巨型鹦鹉螺。其实，这只“海螺”足有上海体育场那么大，是我国迄今最具规模的重大科学工程，并至少具有30年科学寿命。 　　根据上海光源工程的平面图，“螺壳”内部的主体结构分为三部分：外圈为432米周长的一个大环———储存器 与之相切的内圈，是一个180米周长的小环———增强器 小环还连着一根40米长、直直的尾巴———直线电子加速器。在这条有直道、有弯道的“光电隧道”中，能量传送方向为“直线—小环—大环”。 　　出光的具体过程是这样的，高压电从直线加速器扣动“电子枪”，发射出无数个电子。它们在直线隧道内的真空电磁场中疾行，加速至接近光速水平，能量达到150兆电子伏特(150M eV)。接着，这股低能光束线便打弯“注入”内圈小环隧道———增强器，能量在转圈的瞬间被提升22倍左右，变成35亿电子伏特(3.5G eV)的高能光束线，最后“注入”外圈大环隧道———比400米跑道还长的储存器。高能光束线昼夜不停地高速穿行，并沿着大环不断“转圈”，在不同切线方向上“条分缕析”，引出数十束不同波长的形形色色的光，覆盖从远红外线到硬X射线的所有波段，供外围大厅内成百上千的实验站科研人员进行多学科研究。 　　因此，“上海光源”这只鹦鹉螺可谓“光芒”齐放，使不同学科的科学家能在同一个“光的博物馆”内各取所需。 　　能给蚂蚱触角拍X光片 　　新闻视点：“上海光源”有哪些具体用途呢? 　　杨福家：它可以产生不同波长的电磁波，能为各领域的科学家做研究提供条件。例如对医学专家来说，可能在这里找到一种新的射线，成像效果比现在的X射线更好，也许今后医院里就不用X射线拍片了———这就和普通人的生活有很近的关系了。 　　以X射线为例，“上海光源”所发出的X射线，品质绝对是世界一流的。目前，国际上的X射线成像技术越来越高精尖，不仅趋向于更高的空间分辨率(纳米量级)，同时趋向于更快的时间分辨率(1毫秒或更短)。“上海光源”即将对外开放的X射线成像及生物医学应用光束线站，正朝这些方向努力。打个比方，这座光束线站，若为一只活体蚂蚱拍X光照片，包括蚂蚱触角里面的微细管道、呼吸器官等都可一览无遗，这是传统X光机无法办到的。 　　用途还有很多。在材料科学领域，利用“上海光源”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，得到有价值的电磁结构参数。它们既是理解材料性能的“科学钥匙”，也隐含着发明新颖材料的原理来源 　　在地球科学领域，利用X射线作为微探针，能深入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 　　在微细加工技术领域，利用X射线深度光刻技术，可以“搞定”线宽在几十纳米以下的高度集成电路 　　在石化及化学工业领域，可以研究催化机理和催化剂特性，有助于发明新型催化剂，直接影响到石油化工的效率和产出 　　在产品研发与检测方面，可进行飞机发动机和航天器疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析等 …… 　　“上海光源”计划下月正式对国内外科研用户开放的光束线，共有7条。7束光各配套一座实验站，供课题单位及专家们进行科学实验。目前已收到78所大学、科研院所的用户课题申请242份，累计2868个机时，首批课题正在评审中。 　　这还只是“小试牛刀”的一期工程。据专家估计，整个上海光源总共能建约60条光束线，每条线上可建1—2个实验站。每条光束线的投资，相当于一个国家级重点实验室的规模。可以想象，今后在这个鹦鹉螺里，将诞生多少令世人惊叹的科学奇迹! 　　总能量居世界第四 　　新闻视点：“上海光源”目前在国际上的地位如何? 　　杨福家：我可以很肯定地说，参观“上海光源”，你会打心眼里为中国人感到自豪。它的性能超过同能区现有的第三代同步辐射光源，是目前世界上正在建造或设计中的性能最好的中能光源之一。今后，它将与日本、韩国、中国台湾和印度等地的第三代同步辐射光源一起，在亚洲形成可以与欧美同类装置媲美的、能量和性能分布合理的光源群，成为面向世界的同步辐射实验平台。 　　同步辐射光源是世界主流的高能物理装置之一。据了解，自1947年科学家首次观察到同步辐射现象，这类光源装置迄今已发展出第三代。第一代同步辐射光源是“附生”于高能物理实验专用对撞机的兼用机 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 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”。据悉，“上海光源”电子束总能量已跻身世界四强，仅次于日、美、欧的同类装置。 　　目前，全球各个国家和地区有一、二、三代同步辐射光源50多台，其中像“上海光源”这样的第三代光源，已建成10多台，而在建和设计中的至少也有13台。预计2010年前后，全球每天都有上万名科学家和工程师，利用这些光源产生的不同波长的光，从事前沿学科研究和高新技术开发。 　　微观层面的“发射卫星” 　　新闻视点：“上海光源”究竟有多难造? 　　杨福家：“嫦娥”工程大家比较熟悉，其实“上海光源”的工作原理，有点像微观层面的“发射卫星”———就是要通过施加外力，让电子在一个个指定轨道上运行，其精度要求，比发射卫星高100万倍。当然，我们也有容易的地方，就是万一把电子搞丢了不要紧，把卫星搞丢了可不行。上海光源工程进展速度之快、质量之高，在国际上都是数一数二的。 　　国外有不少投资比我们高、建造时间比我们长的同类装置，质量却不如我们理想。我在很多场合都会跟人提起“上海光源”，因为我们做得真是太漂亮了!参与其中的许多年轻人，原本在学术界默默无闻，“上海光源”的成功，也令国际同行立马注意起他们来，真可以说是学术界难得的“一夜成名”。 　　建“上海光源”有多难?举个例子，为保持光束流的高度稳定，光源轨道的垂直稳定度须控制在1微米以内。 　　控制这1微米有多难?要知道，各种干扰因素实在不少：施工的地基会有不均匀的沉降，储存环隧道和实验大厅的地板会扭曲和变形，储存环隧道内空气的温度甚至冷却水的温度都在变化，还有各种意料之中或意料之外的振动源……任何一个细节出问题，都无法保证实现这个“1微米以内”的目标。所以工程人员随时随地都在严密监测，用一系列手段使光源稳定性达到世界一流水平。 　　承建单位中国科学院上海应用物理所的技术人员分成不同班组，从早8点到晚5点，从晚5点到早8点，24小时都能在工程现场见到他们。即便在严格控制的25摄氏度恒定室温下，这些专家有时还是会憋出一身汗。在那几百米长的“光之隧道”内，必须像列车编组一样，将一段段光电设备拼接安装到位。精贵的单件设备，有的达上吨重，却要求工程师屏气凝神、小心轻放。正是有无数工程技术人员的兢兢业业，“上海光源”的光束流轨道稳定度达到国际一流水准。 　　还有，10万多个信号点，没有接错一根电缆 国际上通常要2至3个月完成的工程环节，“上海光源”只用了两个星期……在前几天进行的专家测试中，国内外同行一致认为“建设质量达世界一流”。 　　也许就像杨福家院士所说，这些成功，还都是“前奏”。随着“上海光源”的对外开放，以后将有更多看点。在这个大平台上进行的多种实验，每一个都可能给我们带来惊喜。我们姑且拭目以待。

2022年8月12日，国家重大科技基础设施——上海光源线站工程的光源性能拓展部分顺利通过了中国科学院条财局组织的工艺测试。 工艺测试专家组由中国科学院近代物理研究所、中国科学院高能物理研究所、中国科学技术大学、上海交通大学等单位的7位专家组成，夏佳文院士任测试组长，徐刚研究员任测试组副组长。此外，线站工程工艺测试组总组长胡天斗研究员参加了测试，中科院条财局重大设施处樊潇潇视频参加了工艺测试会议。专家组听取了工程加速器分总体负责人姜伯承研究员汇报的光源性能拓展部分建设情况及自测报告，讨论确定了工艺测试内容和测试大纲，进行了现场实测。经现场测试和对以往测试的确认，结果表明光源性能拓展后的储存环加速器总体性能参数，以及超高磁场弯铁及长直线节双腰磁聚焦系统、低温系统、束流测量系统、束流控制系统、插入件系统、轨道快反馈系统、SLEGS光源系统的技术性能参数值均达到或优于设计指标。 上海光源二期线站工程根据光束线站的建设需求对储存环加速器进行了升级改造，即光源性能拓展： 将储存环的第3和第13单元改造成带2.29T超高磁场弯铁的DBA磁聚焦结构单元，增加2段1.89m直线节用以引出更多束线（图1），提高弯铁辐射光子特征能量至18.7keV以满足用户的需求（图2）；将第11和16单元的超长直线节改造成双腰低βy直线节（图3），以满足安装两条高性能束线的要求；将第12单元的标准直线节进行局部消色散光学改造，以满足安装超导扭摆器的需要；以上改造均对局部光学函数进行了匹配（图4），以使全环的光学函数得到优化。储存环聚焦结构改造于2019年完成，随后投入日常运行，改造完成后的上海光源在第三代同步辐射光源中继续处于先进水平（表1）。图1. 超高磁场弯铁的DBA磁聚焦结构单元布局图及实景照片图2. 超高磁场弯铁照片以及常规和超高磁场弯铁的辐射功率谱比较图图3. 长直线节双腰布局图及实景照片图4. 改造前后的储存环光学函数（局部）对比图表1. 上海光源储存环主要参数改造前后的对比研制了13台插入件（表2、图5），包括6台真空内波荡器（IVU）、3台低温永磁波荡器（CPMU）、1台椭圆极化波荡器（EPU）和1组双椭圆极化波荡器（DEPU）、1台多磁极永磁扭摆器（MPW）和1台超导扭摆器（SCW），并陆续安装到储存环上；在此基础上，新建了基于康普顿散射的激光和电子束伽玛源（图6），伽玛能量范围0.4~20 MeV，满足了新光束线站建设的要求。 表2. 上海光源线站工程插入件参数图5. 各种类型插入件图6. SLEGS光源系统 新建了束团纯化系统和纯度监测系统，获得10-5量级的高纯净度的高流强单束团束流（图7）来满足时间分辨实验的需求。 图7. 束团纯化系统照片和效果图 新建了被动式超导三次谐波腔系统及配套的650W/4.5K液氦低温系统（图8、图9）并已完成调试，实现了24.5mA高流强单束团和200mA束团串混合填充模式的稳定运行，满足了快速成像线站的技术要求。图8. 超导三次谐波腔和束团纯化测量装置测得单束团流强图9. 低温系统（液氮/氦气储罐、4.5K和2K冷箱） 此外，还增加了轨道快反馈系统矫正铁数量，提高轨道快反馈系统的抑制带宽和抑制效果（图10）；升级改造了横向束流反馈系统，实现了混合填充模式逐束团反馈，增加了系统动态范围到31db。图10. 轨道快反馈系统（左图参与快轨道反馈系统的轨道稳定性（快轨道反馈系统8小时工作）；右图束流轨道噪音积分谱（FOFB打开/关闭）） 上海光源线站工程于2016年11月动工建设，在工程经理部的组织下，光源性能拓展部分按进度计划节点推进。2017年7月完成长直线节双腰改造，2018年7月完成第一台插入件（IVU）上线安装，2019年1月低温系统完成全部设备安装，2019年9月完成3和13单元超高磁场二极铁改造，2020年9月完成SLEGS光源系统相互作用腔上线安装，2021年3月完成超导扭摆器（SCW）上线安装，2021年9月完成三次谐波腔上线安装，并在2021年12月调试达到束线要求，实现了24mA单束团+200mA束团串填充模式，支撑快速成像线站完成了工艺测试（新闻链接：上海光源线站工程建设取得新进展）。截止目前，上海光源线站工程已完成了用户支撑实验系统、实验辅助系统、光源性能拓展和11条光束线站（20个实验站）的工艺测试，新建光束线站试运行已支撑用户取得了一批高水平研究成果。 通过加速器性能拓展工程的实施，拓展了光源光子能谱范围，增加了插入件直线节占比，即增加了可建束线的数量，实现了快速成像要求的高流强单束团和束团串的混合填充模式，同时，保持了加速器主要性能参数的先进性，提高了光源运行稳定性。

随着全球对可持续发展和环境保护意识的不断增强，绿色照明技术正逐步成为现代社会关注的焦点。LED（发光二极管）照明技术凭借其出色的节能表现和环保特性，正在引领照明行业的绿色工业。LED灯具不仅能显著降低能耗，还能减少有害物质的排放，是实现低碳经济的理想选择。随着技术的不断创新，LED照明正在被广泛应用于家庭、商业和公共场所，为我们的生活带来更加绿色和可持续的未来。荧光灯因其类似日光的光源特性，被广泛应用于家庭、商场和办公室等场所。然而，它们的使用寿命有限，且在灯管破裂时会释放汞元素，对环境和人体健康造成危害。为了应对这些问题，国际社会达成了《关于汞的水俣公约》，旨在控制和减少汞的排放和使用，推动全球向更环保的照明技术过渡。这一公约反映了全球对环境保护的日益重视。在全球对可持续发展和环保日益关注的大背景下，LED 照明技术凭借自身众多的优势，成为了照明领域的焦点。LED 灯因其高效节能、长寿命、发光效率高以及设计灵活性强等特点而备受青睐。和传统的白炽灯与荧光灯相比，LED 灯的能耗大幅降低，仅仅是白炽灯的十分之一，是节能灯的四分之一，其使用寿命能够达到 3 万至 8 万小时，是其他灯具的好几倍。另外，LED 灯具不含有汞等有害物质，可以提供定向光源，能够减少光污染，对环境更加友好。其小巧紧凑的设计以及多样化的应用场景，让 LED 灯在住宅、商业及公共领域的应用越来越广泛。随着技术不断进步以及成本逐渐下降，LED 照明会在全球范围内持续引领行业创新，助力实现更绿色、更可持续的未来。爱色丽公司，作为颜色视觉评估领域的先锋，凭借其在色彩管理技术方面的深厚专业积累，为全球客户提供了稳定而高品质的辨色光源。其产品Judge QC 标准光源箱和SpectraLight QC 标准光源箱，以其卓越的光源稳定性和色彩准确性，已经成为印刷、纺织、涂料等多个行业内公认的光源评估工具。Judge QC 标准光源箱Judge QC标准光源箱是爱色丽公司推出的一款专业级光源评估工具，专为满足印刷、包装、纺织和涂料行业的高标准颜色评估需求而设计。这款光源箱采用了先进的LED技术，确保了光源的稳定性和色彩的准确性，为用户提供了一个可靠的颜色评估环境。特点：多种光源选项：提供包括D65、D50、U30、Horizon等在内的多种国际标准光源，以适应不同的颜色评估需求。LED技术：采用LED光源，具有更长的使用寿命和更低的能耗，同时保证了光源的一致性。色彩准确性：光源箱设计确保了色彩的准确性和一致性，减少了颜色评估过程中的误差。灵活性和便携性：设计紧凑，便于携带和移动，适合在不同环境中使用。SpectraLight QC 标准光源箱SpectraLight QC标准光源箱是爱色丽公司的另一款高端光源评估工具，它提供了更为广泛的光源选项和先进的技术，以满足更为复杂的颜色评估任务。特点：广泛的光源选择：除了提供国际标准的光源外，还支持用户自定义光源，以适应特殊颜色评估需求。高级LED技术：采用最新的LED技术，提供更均匀、更稳定的光源，确保了在各种条件下的颜色准确性。多角度观察：设计允许用户从不同角度观察样品，以评估颜色在不同光照条件下的表现。智能控制：配备智能控制系统，用户可以轻松切换光源和调节亮度，提高工作效率。Judge QC和SpectraLight QC标准光源箱是爱色丽公司在颜色视觉评估领域的创新成果，它们代表了行业内光源箱技术的前沿。这两款产品不仅提高了颜色评估的准确性和效率，而且通过采用LED技术，也体现了爱色丽对环保和可持续发展的承诺。关于爱色丽“爱色丽彩通 ”总部位于美国密歇根州，成立于1958年。作为全球知名的色彩趋势、科学和技术公司，爱色丽彩通提供服务和解决方案，帮助品牌、制造商和供应商管理从设计到最终产品的色彩。如果您需要更多信息，请关注官方微信公众号：爱色丽彩通