上海应用物理所X射线干涉光刻线站简介-上海光源

我国迄今最大的重大科学工程上海同步辐射光源简介我国迄今最大的重大科学工程--上海同步辐射光源(以下简称"上海光源")于2010年1月19日在上海通过国家验收。

此举标志着中国这一性能指标达到世界一流的中能第三代同步辐射光源，正式对科研用户开放。

"上海同步辐射光源"2004年12月25日破土开工，由中国科学院与上海市人民政府共同向国家申请建造，由中国科学院上海应用物理研究所承建，总投资约12亿元，我国迄今最大的大科学装置"上海同步辐射光源"。

在我国，第一代同步辐射光源是"北京光源"，第二代光源是合肥国家同步辐射实验室，第三代光源就是"上海光源"。

"上海光源"发出的超强X光将对微观世界的认知带来一场"成像革命"--它将利用比普通X光机亮上亿倍、强百万倍的同步辐射光对物质进行微观"成像"。

接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射，也就是同步辐射光源。

从上世纪70年代起，全球建成和在建的同步辐射光源装置已有60余座。

在国际上已经建成的20台第三代同步辐射光源中，"上海光源"的能量居世界第四，仅次于日本、美国、欧洲的有关设施。

它还将与我国台湾地区以及日本、韩国、印度的第三代同步辐射光源一起，形成堪与美欧媲美的亚洲光源群。

与第二代合肥同步辐射光源相比，第三代"上海光源"其电子束发射度约4纳米弧度，二者相差近40倍，其得到的光亮度相差约1600倍(约三个量级)。

"上海光源"拥有的高强度、高亮度、高稳定性等特性，可用以从事生命科学、材料科学、环境科学、医学、药学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、石油、医疗诊断等高技术的开发应用的实验研究。

以生命科学为例，生命科学已进入了后基因组时代，蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点。

上海光源工程首批光束线站简介生物大分子晶体学光束线站衍射光束线站XAFS光束线站硬X射线微聚焦及应用光束线站X射线成像及生物医学应用光束线站简介 软X射线谱学显微光束线站X射线小角散射光束线站生物大分子晶体学光束线站1．线站科学目标与设计指标生物大分子晶体学光束线站瞄准生命科学前沿若干领域，拟开展生物大分子复合物结构、膜蛋白结构以及面向结构基因组学的大规模、高通量蛋白质结构和功能研究等。

在SSRF 生物大分子晶体学光束线站上，将可以利用以下多种实验方法开展生物大分子结构研究：⎯ 多波长反常衍射方法（MAD ）；⎯ 单波长反常衍射方法（SAD ）；⎯ 同晶置换、分子置换等其它单波长实验方法。

光束线站设计主要指标如下：z 光子能量范围： 5∼18 keVz 能量分辨： <2×10-4z 样品处光通量： ～3×1012phs/s (12keV@300mA)z 聚焦光斑尺寸： ～130×40 μm 2 (12keV)z 光束发散角： ~0.3×0.1mrad 22．光束线设计特点束线选取小间隙波荡器作为辐射光源，以得到高亮度的同步光束。

束线光学结构原理示意图如下所示。

现在的设计方案充分利用了波荡器辐射低发散角的特性，只采用了一个晶体单色器和一个超环面反射聚焦镜，束线所用的光学部件数量达到了最低限度，既降低了造价又能提高光子通量与束线的稳定性。

m U25 DCM Toroidal mirror focus 束线光学结构示意图（上：侧视图，下：俯视图）3．实验站设置实验站的布置如下图所示，主要设备配置如下：实验站布置图1） 样品台测角仪系统拟采用Kappa转角仪（Phi，Kappa，Omega三轴转角仪），转角仪顶端的样品台可进行三维平动。

利用Kappa转角仪可选择最佳晶向收取衍射数据。

2） CCD探测器及定位支撑系统CCD探测器的主要指标要求如下：灵敏面积：> 200×200 mm；空间分辨：< 100 μm；读出时间：≤ 1s。

上海光源(SSRF)简介一、总体方案SSRF由100MeV电子直线加速器、3.5GeV增强器、3.5GeV电子储存环以及沿环外侧分布的同步辐射光束线和实验站组成，其中直线加速器和增强器位于储存环内侧。

图1给出了SSRF总体结构布局示意。

电子储存环是光源装置的核心，储存环中的电子束通过偏转磁铁或插入件等装置产生高性能的同步辐射光；光束线将同步辐射光传输到实验站，并将同步辐射光改造(分光、聚束等)成实验所需要的光源。

实验站则是利用同步辐射光进行各种科学研究和技术开发的实验装置。

图1 上海光源总体布局示意图SSRF产生的同步辐射光覆盖了从远红外到硬X射线的宽广波段。

利用低发射度的中能强流电子束，结合国际上插入件技术发展的新成就，可在用途最广泛的X射线能区(光子能量为0.1~40keV)产生高耀度和高通量的同步辐射光。

SSRF的基本性能在许多重要方面位于目前世界上正在设计和建造中的光源的前列。

二、光源主要性能参数储存环：1) 能量 3.5GeV 2) 周长 432m 3) 周期数 204) 直线节长度 4×12m ，16×6.7m 5) 平均流强 200~300mA 6) 束团自然发射度 3 nm ⋅rad 7) 束流寿命≥10hrs 8) 引出光斑位置稳定性 ~±10% 注入器：1) 预注入器能量 100MeV 2) 增强器能量 0.1~3.5GeV 3) 增强器周长 1804) 自然发射度110 nm ⋅rad图2和图3分别给出了SSRF 弯转磁铁辐射和典型插入件辐射的光通量和耀度与光子能量之间的关系曲线。

1E-30.010.1110100101110121013101410151016E=3.5 GeV I= 300 mAU34W136BendU18U90W75S p e c t r a l F l u x [P h o t o n s /(s -0.1%B W )]Photon energy (keV)图2. SSRF 弯转磁铁辐射和插入件辐射的谱通量三、光束线实验站上海光源能够容纳六十多条光束线，可以为上百个实验站同时供光。

上海光源BL15U1硬X射线微聚焦及应用光束线站用户手册Ver. 1.02009 年 4 月注意事项1. 请您按预先通知的时间准时来做实验，并认真填写《用户登记表》、《实验记录》。

2.请严格按照规定进出棚屋和操作设备，用户只能操作手册中规定可以操作的设备，未经允许严禁操作其他设备，否则后果自负。

如果确实需要，请联系实验站工作人员。

3.发生故障，请立即联系实验站工作人员。

线站工作人员联系方式：姓名职务 办公室 内线电话 余笑寒 负责人 2076 3188李爱国 副负责人 1079 3227杨科 工作人员 1079 3227王华 工作人员 1079 3227闫芬 工作人员 1079 3227一、 人身安全连锁系统操作步骤在用户开始实验前，必须严格按照操作规程，并执行相关步骤，方能引入同 步光到达样品处；否则，将无法进行有效的搜索、开启光子光闸PS2、安全光闸SS1 和安全光闸SS2，实现实验棚屋的供光。

BL15U1微束光束线站的人身安全联锁系统的操作步骤如下：第一步：光学棚屋搜索（一般情况下，用户无需此项操作）BL15U1微束实验线站共有2个光学棚屋，光学棚屋1（OPT1）和光学棚屋2 (OPT2) 。

在光学棚屋1搜索时，需要照规定的顺序，从最远离棚屋门口的搜索控制箱1（OPT1-SEARCH-1）上的“搜索”按钮开始，再依次按动搜索控制箱2（OPT1-SEARCH-2）和搜索控制箱3（OPT1-SEARCH-3）的搜索按钮，沿棚屋搜索一圈。

每按过一个搜索按钮，会发出不同的搜索提示音；确认棚屋内无人后，退出棚屋外，按动门外联锁控制箱上的“关门”按钮。

当门关闭后，搜索的提示音将自动停止。

在搜索过程中，可以按“关光闸/取消”按钮结束本次搜索。

图1 棚屋内的搜速按钮照片（左）；棚屋门外的关门和开门按钮照片（右）光学棚屋2内由于空间较小，只有1个搜索控制箱，棚屋外没有控制箱。

搜索时，先按棚屋内搜索控制箱（OPT2-SEARCH）上的搜索按钮，确认棚屋内无人后，手动关上棚屋门，向上锁上手柄，逆时针转动安全连锁钥匙，完成安全搜索。

面对充满未知的世界我们能看得更远吗？全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility，简称SSRF（一）光源的历史发展过程介绍：历史上曾出现过四次对人类文明起到革命性推动作用的新光源。

第一次是电光源，它使人类战胜了黑暗，消灭了白天与黑夜的稳定可控的光源装置。

同步辐射光其本质与我们日常接触的可见光和x光一样，都是电磁辐射。

同步高能加速器，在真空中接近光速运动的电子在改变运动方向时，会释放出一种电磁波，这就是同步辐射光。

同步辐射光具有常规光源不可比拟的优良性能，高准直性，高极化性，高相干性，宽的频谱范围、高光谱耀度和高光子通量等。

此外，同步辐射光还具有高度稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。

而同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置。

（二）同步辐射光的历史发展过程同步辐射光源经过了三代发展：第一代同步辐射光源是寄生在高能物理实验专用的高能对撞机的兼用机，只是高能物理研究所用加速器的副产品，故又称“兼用光源”。

后来，人们发现同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能，如高准直性、高相干性，很宽的频谱范围、高光谱亮度等第二代同步辐射光源是专门用来产生同步辐射光的加速器，主要从偏转磁铁引出同步辐射光。

第三代同步辐射光源是科学家们通过在同步辐射加速器上安装特殊设计的插入件，利用插入件带来的磁场的周期性变化，使电子不断改变运动方向，不断释放出同步辐射光，一次次的释放叠加起来，能得到亮度增加上万倍的同步辐射光。

使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高，并可从波荡器等插入件引出高亮度、部分相干的准单色光。

应该说，第三代同步辐射光源的光更亮、更强、更准直，功能更先进了。

凭借优良的光品质和不可替代的作用，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的最佳光源。

这三代同步辐射光源之间的最主要的区别，在于作为发光光源的电子束斑尺寸或电子发射度的迥异。

上海光源BL15U线站光束位置的反馈控制的开题报告摘要：上海光源BL15U线站是一台高亮度的X射线光源，为保证实验的准确性和稳定性，对光束位置的控制非常重要。

本文介绍了BL15U线站光束位置控制的研究。

主要工作包括分析系统结构和运动规律，设计反馈控制器和模拟算法，以及进行仿真和实验验证。

文章总结了研究成果和下一步工作的方向。

关键词：光束位置控制；上海光源；BL15U线站；反馈控制1. 研究背景上海光源是中国第一台第三代光源，是一个强大的高能同步辐射光源。

BL15U线站是一个用户实验站，提供多种先进的光学实验设备，如硬X射线成像，小角散射，晶体衍射等实验。

为了保证实验数据的准确性和稳定性，需要精确地控制光束位置。

2. 系统结构和运动规律BL15U线站光束位置控制系统由驱动器，位置传感器和反馈控制器组成。

驱动器通过电机控制电路向光束位置移动，位置传感器通过测量光束位置反馈到控制器。

反馈控制器根据传感器信号计算电机驱动信号，调节光束位置。

光束位置的运动规律是非线性的，因为位置传感器的测量误差和电机驱动信号的动态响应时间都会影响光束位置的精度和稳定性。

因此，需要设计合适的反馈控制器来解决这些问题。

3. 设计反馈控制器本文采用了模糊控制器来设计反馈控制器。

模糊控制器是一种非线性控制方法，可以适应不确定的系统模型和控制要求。

模糊控制器的输入变量是光束位置误差和位置信号的变化率，输出变量是电机驱动信号。

通过对光束位置误差进行模糊化分类，可以采取不同的控制策略以满足控制要求。

4. 模拟算法和仿真本文采用MATLAB软件进行了系统仿真。

仿真结果表明，所设计的模糊控制器可以保证光束位置的精度和稳定性，同时具有快速调节时间和鲁棒性。

5. 实验验证本文进行了实验验证，主要包括两部分，一是控制系统动态性能测试，二是系统稳态性能测试。

实验结果表明，所设计的模糊控制器能够有效地控制光束位置，达到了预期的控制效果。

6. 研究总结和下一步工作本文介绍了BL15U线站光束位置控制的研究，设计了模糊控制器来解决系统非线性和不确定性的问题。

上海光源作者：刘波来源：《中学科技》2009年第08期初识同步辐射光在光家族的众多成员里．如果说19世纪末伦琴发现的x射线是一支蜡烛．让人类看到了微观世界的模糊影像，那么同步辐射光就像光芒万丈的太阳，足以照亮整个微观世界。

所谓“同步辐射”．是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动、改变运动方向时所产生的一种电磁辐射。

1947年，美国人第一次发现同步辐射光。

它具有其他光源无可比拟的特性。

被誉为“神奇之光”。

宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大。

包括远红外线、可见光、紫外线．直到×射线范围内，而使用者可以按需要获得特定波长的光。

高准直：同步辐射光发射的几乎是平行光束，堪与激光媲美。

高纯净：同步辐射光是在超高真空中产生的．无任何污染，是最纯净的光。

高亮度：同步辐射光是高强度光。

有很高的辐射功率和功率密度。

第三代同步辐射光源的×射线亮度已达到普通×光机的上亿倍。

窄脉冲：同步辐射光是脉冲光．有优良的脉冲时间结构．其宽度在10-11～10-8秒可调，脉冲间隔为几十纳秒至微秒量级，这种特性对研多“变化过程”非常有用．如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程。

此外．同步辐射光还具有可精确预知、高偏振、高稳定性、高通量、微束径、准相干等独特而优异的性能。

多年来．我国科学家对同步辐射光源进行了大量的研究，已经历了三代的发展。

第一代同步辐射光源只是高能物理研究所用加速器产生的副产品，这样的兼用光源远远不能满足科研的需要，于是产生同步辐射光的粒子加速器应运而生了，这就是第二代同步辐射光源。

当探索微观世界的进程越来越深入，迫切需要亮度更高性能更优越的第三代同步辐射光源。

“上海光源”就是目前世界上最先进的第三代同步辐射光源之一。

详解上海光源“上海光源”(Shanghai Synch rotron Radiation Facility，简称SSRF)坐落于上海浦东张江高科技园区，占地面积约20万平方米。

上海光源X射线小角散射光束线站的概念设计
柳义
【期刊名称】《核技术》
【年(卷),期】2006(029)004
【摘要】设计了光子能量范围为5-20 keV、能量分辨率好于1×10-3、光子通量高于1×1011 s-1的同步辐射小角散射光束线站.采用弧矢聚焦单色仪对同步辐射白光进行单色化,并对单色光束进行水平方向聚焦;探测器与样品之间的距离可调以得到不同的小角分辨尺度;配置温度可调和压强可调的样品池用于时间分辨实验,而配置的快门系统可使时间分辨达到毫秒量级.
【总页数】4页(P245-248)
【作者】柳义
【作者单位】中国科学院上海应用物理研究所,上海,201800
【正文语种】中文
【中图分类】TL8;O434.14
【相关文献】
1.上海光源软X射线谱学显微光束线的进展与应用 [J], 彭忠琦
2.用标准样品测量小角X射线散射的绝对强度和入射光束能量 [J], 裴光文;刘月亭
3.上海光源光束线站同步控制技术的研究 [J], 王威;贾文红;郑丽芳;王劼
4.上海光源硬X射线微聚焦光束线站首轮调试暨首台真空波荡器自主研制获得成功[J],
5.“上海光源”首条光束线站顺利出光 [J],
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