上海同步輻射光源

1、建設目標和科學目標 上海光源（SSRF）的建設目標是建造一臺高性能價格比的中能第三代同步輻射光源，包括一臺100MeV的電子直線加速器、一臺3.5GeV增強器、一臺3.5GeV的電子儲存環(huán)和首批建造的七條光束線及相應的實驗站。電子儲存環(huán)的最高流強為300mA，最低發(fā)射度為3.9 nmrad，配以先進的插入件后，可在用戶需求最集中的光子能區(qū)（0.140keV）產(chǎn)生高通量、高耀度的同步輻射光，最高光譜亮度可超過1019 photons/(smm2 mrad2 0.1%BW)。SSRF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六十多條光束線的潛力，它可以同時為近百個實驗站供光。

2、首批建造4條基于插入件的光束線站，分別是生物大分子晶體學、硬X射線微聚集及應用、X射線成像及醫(yī)學應用、軟X射線掃描顯微；2條基于彎轉磁鐵的光束線站，分別是高分辨衍射與散射、XAFS;一條組合線站,即X射線光刻與微納加工。上海光源工程座落在上海浦東張江高科技園區(qū)，該園區(qū)是國家級高科技園區(qū)、園區(qū)擁有良好的建設條件。上海光源工程地塊位于張江高科技園區(qū)的楊橋村南部，工程用地范圍約20萬平方米，上海張江（集團）有限公司以零地價轉讓給上海光源工程使用。一期擬建約45000平方米，區(qū)域地勢平坦、自然地面絕對標高為海拔3.8米。地塊基本呈矩形，東西長分別為588至615米，南北寬為333米,總面積約為20萬平

3、方米，一期建筑面積為50857平方米。區(qū)域地勢平坦、自然地面絕對標高為海拔3.800米。場地周邊交通方便。建址區(qū)域水、電、氣、通訊等基礎設施齊全。張江園區(qū)可供兩路互為獨立的供電電源，供水系統(tǒng)和東海優(yōu)質天然氣。上海已建設國際一流的寬帶計算機數(shù)字通訊平臺，主干網(wǎng)浦東通訊樞紐建在張江園區(qū)，浦東寬帶接入網(wǎng)可以給用戶提供高速寬帶上網(wǎng)手段。主體建筑擬設于地塊東側，綜合實驗樓設于主體建筑東南側，便于聯(lián)系與設備的運輸；動力設備用房設于主體建筑東側，盡量鄰近主體建筑，以減少管線投資和能源的損耗。綜合辦公樓則位于場地中部與主體建筑緊鄰，面迎主要入口，便于同外界的聯(lián)系。生活區(qū)設在地塊的西南部，與工作區(qū)相對分離，利于

4、創(chuàng)造相對獨立的安靜環(huán)境。地塊的西部與北部預留未來科學研究發(fā)展用地。加速器主要性能參數(shù) 儲存環(huán)： 1) 能量 3.5GeV 2) 周長 432m 3) 周期數(shù) 20 4) 直線節(jié)長度 412m，166.5m 5) 平均流強 200300mA 6) 最低自然水平發(fā)射度 3.9 nmrad 7) 束流壽命 10hrs 8) 引出光斑位置穩(wěn)定性 10% 注入器： 1) 預注入器能量 100MeV 2) 增強器能量 0.13.5GeV 3) 增強器周長 180m 4) 自然發(fā)射度 110 nmrad 首批擬建光束線主要性能 序號 線站名稱 光源 束線主要性能指標 1 生物大分子晶體學 小間隙波蕩器 能量

5、范圍：518keV聚焦光斑尺寸：0.150.05 mm2光通量：1012phs/s (13keV)能量分辨率：1.01011 phs/s能量分辨率： 4.010-4 3 XAFS 彎鐵 能量范圍：3.522 keV聚焦光斑尺寸：0.2mm1.0 mm光通量：1012phs/s in 0.1%bw能量分辨率：210-4 4 硬X射線微聚焦及應用 小間隙波蕩器 能量范圍：520keV聚焦光斑尺寸：1012 phs/smm20.1%bw能量分辨率：2500空間分辨率： 50nm光子通量：107 109 (phs/s) 7 X射線光刻 彎鐵 能量范圍：18keV水平光斑：120mm接收角：40.3 (

6、HV) mrad 波蕩器 波長：4.96nm譜分辨（l/Dl）：10000空間分辨率：1540nm光斑尺寸：0.254mm2干涉條紋周期：30100nm 建成后的運行管理 上海光源在建設過程中和建成后，將陸續(xù)成立上海光源國家實驗室，國家實驗室學術委員會和用戶委員會。上海光源國家實驗室將按照中國科學院知識創(chuàng)新的要求，并根據(jù)國際同類裝置的經(jīng)驗，建立新的運行機制。 上海光源國家實驗室將擁有一支精干的高水平的運行、科研和管理隊伍，其主要任務是上海光源的穩(wěn)定運行和性能改進、同步輻射實驗方法和儀器的研制以及部分同步輻射應用研究。加強國內外開放，吸引高水平科學家到裝置上開展研究工作將是上海光源國家實驗室的主

7、要任務。 上海光源是國家公共科學研究平臺，裝置運行費由國家支付，科學研究經(jīng)費由國家實驗室和用戶自己通過多渠道爭??；裝置升級改造經(jīng)費，原則上采用誰的項目誰投資的原則，即：如果國家要求或批準新建線站或機器升級，則由國家出錢，如果是用戶要求新建線站則由用戶出錢。 上海光源的光束線和實驗站簡單分為兩類，公用線站和專用線站。國家實驗室用國家投資建設的公用線站的機時的7080%提供給國內外用戶免費使用，用戶委員會或科技委根據(jù)用戶申請決定機時的分配，其余2030%由國家實驗室自用；專用線站由用戶自己投資建設，若30%作為公用機時，則70%機時免費自用，若全部自用，國家實驗室則收取機時費用。組織結構和人員編制

8、 估計上海光源在工程建設期間，最少需要380人左右的工程建設隊伍(待初步設計定)。 上海光源建成后，約需要265人左右。加速器工程和線站工程的大部分建設和運行任務，由于科學與技術專業(yè)的特殊要求，必須由裝置隊伍自己來完成；公用設施工程建設則需要裝置隊伍的參與以保證建成后裝置的正常運行。建安工程只需少量裝置隊伍參與，以保證建安工程滿足裝置的需求和未來可能的改擴建工作。作為法人單位的上海應用物理研究所，為支持上海光源建設一支高水平的裝置隊伍，啟動了人才隊伍建設計劃，并提供了相關的支撐條件，從國內外招聘工程急需的科技人員。其次，通過與國內科研、教育單位密切合作，采用長期借調、短期聘用等項目聘任的方式解

9、決工程急需的科技力量。此外，計劃在線站工程、公用設施工程中部分采用合作研制的方式，重點解決工程技術人員的短缺。返聘退休的科技人員，不但發(fā)揮了他們豐富的工作經(jīng)驗，而且降低了工程結束后的人員分流壓力；建安工程將與上海市密切合作，其中甲方的技術和管理人員將采用大部分從上海市相關部門借調的方式解決；需要大量人力的研制工作將盡量通過合同方式委托社會力量完成。人員費用由院、所共同解決。 工程科技委和顧問組 工程科技委主 任: 方守賢 (中科院高能物理研究所)副主任：冼鼎昌(高能所)、楊福家(復旦大學)、陳森玉(高能所)成 員：加速器及綜合領域方守賢、冼鼎昌、楊福家、陳森玉、錢文藻、何多慧、陳佳洱、魏寶文、

10、林郁正、樊明武、劉國治（西北核技術所）、張維巖（工程物理院）光學工程領域曹建林、閻永廉、朱健強、趙衛(wèi)材料、凝聚態(tài)物理、化學、微電子領域白春禮、盧柯、候建國、王恩哥、封松林、包信和、金曉峰、洪茂椿生物、藥物、醫(yī)學領域陳 竺、李家洋、牛立文、饒子和、陳凱先、徐學敏、凌峰環(huán)境、地球科學 及工業(yè)應用領域陳同斌、許志琴 、謝在庫工程總顧問陳森玉 工程進展 1993年12月，丁大釗等三位院士建議“在我國建設一臺第三代同步輻射光源”。1995年2月，上海市政協(xié)八屆三次會議期間，謝希德等7位著名科學家聯(lián)名提出在上海建造第三代同步輻射光源工程的提案，受到了國家計委、國家科技部和上海市委、市政府的高度重視。199

11、5年3月，中國科學院和上海市人民政府原則同意，共同向國家建議建設第三代同步輻射光源上海同步輻射裝置（SSRF）。1996年4月，中國科學院和上海市人民政府共同申請在上海建造“上海同步輻射裝置工程”重大建設項目。1997年6月，國家科教領導小組原則同意開展上海同步輻射裝置工程預制研究。1998年3月1日，國家計委正式批準上海同步輻射裝置工程預制研究項目，絕大多數(shù)研制項目的技術指標屬第三代光源的國際先進水平，總經(jīng)費8000萬。1999年7月，決定SSRF落址上海浦東張江高科技園區(qū)，上海浦東張江高科技園區(qū)無償提供300畝建設用地，原則同意首批擬建的7條光束線和實驗站。2001年3月，SSRF預制研究

12、通過專家組鑒定，全部預制研究項目的主要性能都達到或優(yōu)于設計指標。2002年，開始二期預制研究工作。2003年7月，中國科學院和上海市人民政府向國家發(fā)改委上報了上海光源工程項目建議書。2003年9月，國家發(fā)展和改革委員會委托中咨公司完成項目建議書的評估。2004年1月7日，國務院常務會議批準項目建議書。該項目總投資12.4億（含0.8億預制研究費、建筑工程費、設備購置及安裝工程費、其他費用、基本預備費）。2004年6月28日，中科院與上海市共同組織項目可行性研究報告的專家評議。2004年6月29日，上海光源工程建設領導小組第一次會議在上海舉行，中科院院長路甬祥，上海市市長韓正和中科院副院長江綿恒

13、等出席了會議（右圖）。會議聽取了項目建設領導機構組成的說明、項目可行性研究工作報告、可行性研究工作報告的評審說明。會議批準了工程建設指揮部、經(jīng)理部、科技委、顧問組成立及相關人選，選定主體建筑方案，同意項目可行性研究報告上報國家發(fā)改委。2004年7月26-27日，受國家發(fā)展和改革委員會委托，中國國際工程咨詢公司在北京組織專家對上海光源可行性研究報告進行了評估。2004年8月16日，“上海同步輻射裝置預制研究項目”通過了國家驗收。由中國科學院和上海市等有關部門的領導和專家11人組成了國家驗收委員會。會議聽取了建設單位的建設報告、項目工藝鑒定意見和預驗收意見，查驗了工程現(xiàn)場，查閱了文件、圖紙等檔案資

14、料。委員們經(jīng)認真審議后一致認為，通過預制研究，項目承擔單位切實掌握了建設第三代同步輻射裝置的重大關鍵技術，成功研制出對工程進度有影響的重要部件的樣機等，上海同步輻射裝置的預制研究任務已經(jīng)圓滿完成，達到預期目標，為建設上海光源工程奠定了基礎。2004年10月21-22日，SSRF首批光束線站初步設計評議會在上海召開，21名國內同步輻射應用于光束線技術方面的專家到會。會議聽取了SSRF首批7個光束線站設計報告及關鍵部件工程設計報告，并分組就這7個光束線站的科學目標、設計指標、束線工程技術進行了討論。專家組提出了36條具體評議意見，除了對光束線站設計方面的專業(yè)建議外，還建議應盡快成立上海光源用戶委員

15、會，參與相關線站的具體設計，使實驗站能更好地滿足用戶需求。2004年10月20日-21日，SSRF召開了光束線站研討會，來自中科院高能物理所、中科大合肥同步輻射實驗室、中科院生態(tài)環(huán)境研究中心、復旦大學等有關教學科研單位的近70多位專家教授及中科院基礎局的代表參加了會議。會議聽取了上海光源工程的進展和光束線站的建設設想、近年來我國同步輻射研究進展、以及SSRF未來在醫(yī)學、材料科學、環(huán)境科學、生命科學等學科中的應用和SSRF光束線站的設計等報告。會議認為，SSRF的設計和建成將為許多前沿學科領域的研究提供一個嶄新的綜合性試驗平臺。SSRF未來的用戶及各領域專家就光束線站的具體設計參數(shù)和建設方案進行

16、了分組討論。上海光源工程總經(jīng)理徐洪杰回答了專家們提出的問題，并在總結講話中指出，SSRF是個用戶裝置，一定會和用戶保持緊密的聯(lián)系，也會和用戶一道建好并用好這個裝置，對于任何好的建議和意見都會認真地考慮并盡力做好，希望今后能在上海光源的建設中與業(yè)內同仁建立良好的合作關系，為我國同步輻射事業(yè)的發(fā)展做出新的貢獻。2004年10月25-26日，上海光源工程科學技術委員會第一次會議在上海召開。中科院副院長、上海光源工程總指揮江綿恒、科技委主任方守賢院士、科技委副主任冼鼎昌、楊福家、陳森玉院士和工程科技委員會委員20人出席了會議。江綿恒副院長作了重要講話，他指出，上海光源工程的建成對我國科研工作的開展有重

17、要意義，在大科學裝置科研中起到承上啟下的作用，希望上海光源工程科技委能在工程領導小組的領導下，做到集思廣益、暢所欲言、唯真求實、協(xié)同創(chuàng)新，為上海光源的建設提出科學性的指導和意見。在大家的共同努力下，最終將上海光源建設成為水平先進、效率高超、成果顯著、發(fā)展勢頭良好、培養(yǎng)大量專業(yè)研究人才、服務于國家科學經(jīng)濟社會發(fā)展的大型科研平臺。會議舉行了上海光源工程科學技術委員會委員聘請儀式，討論并通過了上海光源工程科學技術委員會章程。會議聽取了工程總體進展、加速器方案作了報告、高頻發(fā)射機的選型、上海光源選址的地震動情況和儲存環(huán)物理方案的比較等工作匯報。委員們就上海光源的科學目標、加速器和光束線站的建設、工程的

18、進度進行了熱烈的討論，提出了很多指導意見。2004年11月15日，國家發(fā)展改革委批復上海光源項目可行性研究報告。2004年11月17-18日，中國科學院和上海市政府組織專家在上海召開了上海光源初步設計報告預評審會。會議的工藝類預評審會專家組由來自院內外加速器、光束線站、公用設施領域的28位專家組成，建安類預評審會專家組由建筑、結構、公用設施、概算控制方面的15位專家組成，相關管理部門審查會，由上海市發(fā)展改革委和建委聯(lián)合組織上海市區(qū)相關規(guī)劃、交通、消防、公共事業(yè)配套、浦東新區(qū)、張江高科技園等方面的12個管理及配套部門，集中審查上海光源工程初步設計。會議聽取了總體方案報告和設計人員分系統(tǒng)詳細報告，

19、經(jīng)過質疑和討論，專家組認為：上海光源的指標先進，其初步設計已經(jīng)達到了工程開工要求，建議國家盡快予以批準，以便盡早開工，力爭高質量、按計劃完成工程建設。2004年12月，國家發(fā)展改革委批復上海光源項目初步設計。2004年12月24日，中國科學院批復上海光源項目開工報告。2004年12月25日，張江高科技園區(qū)張衡路239號，方圓300畝的土地平整開闊，工地上彩旗飄揚。下午14時52分，打樁按鈕啟動國家重大科學工程上海光源正式破土動工！2005年6月，在充分吸收用戶和專家的意見建議的基礎上，SSRF調整了首批7條光束線站的設計方案、技術指標等，獲工程指揮部和工程科技委的原則同意。2005年8月14日

20、，主體建筑打樁工程完成。2005年8月26日，綜合辦公樓結構封頂。2005年9月7日，35kV變電站結構封頂。2005年10月28日，動力設備房結構封頂。2005年11月15日，用戶招待所及餐廳結構封頂。2006年1月22-23日及2月26-28日，SSRF召開“加速器工程任務書審核會”，審核小組由上海光源工程總顧問、加速器總體組成員、總經(jīng)濟師及工程辦有關人員組成，分別對加速器物理組、磁鐵組、高頻組、束測組、直線加速器、低溫組、真空組、控制組、機械組、電源組和注入引出組的工程任務書進行了審核。2006年3月27-29日，中科院綜合計劃局與基礎科學局組織國內加速器和光束線站領域的16名專家，對上

21、海光源工程的建設情況進行現(xiàn)場檢查。專家組由陳森玉院士任組長，通過現(xiàn)場考察、分組評議的形式，對上海光源工程加速器和光束線站的質量、經(jīng)費、進度等進行檢查并做出評價意見。2006年4月13日，工程經(jīng)理部主持召開了“儲存環(huán)低電平控制評審會”。2006年4月28日，主體建筑鋼結構吊裝合攏。主體建筑共劃分為40條軸線，8個施工區(qū)域。自2005年2月5日以來，鋼結構沿2條作業(yè)線進行吊裝，分別自第30軸線按順時針和逆時針推進，至最后一根主梁吊裝，完成環(huán)形合攏。2006年4月29日，工程經(jīng)理部主持召開了“輻射安全聯(lián)鎖系統(tǒng)和劑量監(jiān)測系統(tǒng)設計評審會”。2006年5月16-18日，工程經(jīng)理部主持召開了“上海光源工程光

22、束線站調整初步設計評審會”，邀請來自高能所、物理所、中科大、復旦大學、清華大學、上海交大、上海光機所、西安光機所、長春光機所、上海藥物所等單位的30余位專家，對調整后的首批7條光束線站初步設計方案逐個進行了評審。專家組認同和肯定了設計方案，并建議盡快進入工程設計階段。2006年5月22日，上海光源工程科學技術委員會第二次會議召開，中科院副院長江綿恒及方守賢、冼鼎昌、陳森玉院士在內的16位科技委委員出席了會議。會議就上海光源的工程進度、建設內容調整、投資控制和質量控制等提出了寶貴意見和建議。2006年5月10日，動力設備用房土建完成，交付公用設施安裝。2006年6月5日，綜合實驗樓土建和安裝完成

23、。2006年6月10日，主體建筑結構封頂。2006年6月22-23日，上海光源應用研究研討會在上海應用物理所召開。會議邀請冼鼎昌院士、解思深院士、牛立文教授作了精彩的報告。來自上海生命科學院、復旦大學、浙江大學等國內科研院所和高校的50余位同步輻射應用領域的專家學者就同步輻射在材料科學、高壓科學、凝聚態(tài)物理、成像技術、醫(yī)學應用等多學科領域的應用研究及前景進行了研討。2006年6月22日，SSRF加速器集成單元完成了試安裝工作（包括儲存環(huán)機械集成單元和增強器機械集成單元主體設備、隧道墻模型、儲存環(huán)前端模型、水管和電纜等）（左圖），并于23日召開“加速器集成單元工藝評估會”，來自高能物理所、近代物

24、理所的近10位專家對設備樣機（首件）的工藝和集成單元總體工藝進行了綜合評估。2006年9月30日，用戶招待所及餐廳土建和安裝工作完成。2006年10月15日，35kV電站正式受電開始試運行。2006年10月26-27日，受國家發(fā)展和改革委員會委托，上海市發(fā)展和改革委員會與中科院綜合計劃局、基礎局主持召開了“上海光源建設方案調整評審論證會”，來自中科院物理所、高能所、西光所、清華大學、中科大、上海交大、中山醫(yī)院等單位的17名專家，對上海光源工程5條光束線站和電子直線加速器的調整方案進行了評審論證，中科院物理所麥振洪研究員任評審專家組組長。2006年10月31日，SSRF在張江安裝的首個加速器設備

25、低溫氦氣儲存罐安裝完畢。2006年11月10日，150MeV電子直線加速器的支架和磁鐵系統(tǒng)的部分設備開始在直線隧道中進行安裝，標志著上海光源工程正式進入加速器設備現(xiàn)場安裝階段。2006年12月22日，上海光源工程科學技術委員會第三次會議在上海召開（右圖）。中科院副院長江綿恒及方守賢、冼鼎昌、陳森玉院士在內的21位科技委委員出席了會議。會議聽取了工程總體暨光束線站、加速器工程進展的報告，并視察了位于張江高科技園區(qū)的工程建設現(xiàn)場。委員們高度評價了上海光源工程在建筑安裝工程、公用設施工程、加速器工程和光束線站工程各個方面取得的可喜進展，并對工程經(jīng)理部半年多來扎實細致的工作給予肯定。委員們還就上海光源

26、的工程進展與工藝質量控制、用戶與實驗工作展開了熱烈討論，并提出許多寶貴意見和建議。2007年1月18日，SSRF第一階段的建安建設任務已基本完成（左圖），將全面轉入設備安裝調試階段。已完成的有主體建筑的建筑安裝以及35kV變電站、動力設備用房、綜合實驗樓等輔助建筑的安裝，綜合辦公樓、用戶招待所及餐廳的裝飾工程。公用設施工程設備的安裝基本完成，已開始調試和試運行。2007年4月2日，SSRF用于儲存環(huán)超導高頻腔功率源的第一臺300kW發(fā)射機系統(tǒng)順利通過現(xiàn)場測試驗收（左圖）。該發(fā)射機系統(tǒng)從法國THALES公司引進，包括可提供56KV高壓電源系統(tǒng)、500MHz、300KW速調管系統(tǒng)、前置預放大器以及

27、其他附屬設施等。該發(fā)射機各項運行參數(shù)經(jīng)測量完全符合工程要求的技術指標，并順利通過了在300kW下連續(xù)運行50小時無故障的最終測試，為即將展開的高頻系統(tǒng)的集成邁出了成功的第一步。2007年4月16日，裝載著預組裝的增強器標準單元 #1共架結構的卡車緩緩駛入主體建筑的貨運入口，SSRF增強器正式開始單元的隧道安裝（右圖）。兩個完整的高頻腔也同日安裝就位。增強器是一臺環(huán)形同步加速器，周長180米，共分為28個單元，其作用是將電子束團從150MeV加速至3.5GeV，然后注入到電子儲存環(huán)中。2007年5月15日，SSRF實現(xiàn)了直線加速器的總體出束調試（左圖），測得的電子束數(shù)據(jù)初步達到設計要求，加速器隧

28、道外圍輻射劑量測試也在安全范圍內，標志著上海光源直線加速器全面進入調束階段。150MeV直線加速器是SSRF的電子注入器。該直線加速器采用2998Mhz的大功率微波源和基于納秒柵控電子槍技術的電子源，為滿足高束流品質的要求，在國內首次使用了500Mhz的高Q值次諧波聚束器。直線加速器輸出的電子束可具有靈活的時間結構、高流強和適中的發(fā)射度，使電子儲存環(huán)能方便地運行在單束團或多束團的不同狀態(tài)下，以滿足光源用戶對光脈沖時間寬度的選擇要求（從幾十皮秒到幾百納秒），并且有較短的注入時間，為今后的光源應用提供了手段。2007年5月23日和6月7日，SSRF分別組織召開了儲存環(huán)C10單元機械設備試安裝工藝評估會和電氣設備