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上海光源线站工程建设取得新进展
时间:2021-12-30 来源:
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上海光源线站工程属于国家“十二五”重大科技基础设施建设项目,20161120日正式开工,预计2022年建成。该工程建设内容包括新建16条性能先进的光束线站、实验辅助系统、光源性能拓展、建安工程及配套公用设施。上海光源线站工程通过创新的设计,将实现第三代同步辐射光源近乎极限的时间、空间以及能量分辨能力,全面提升上海光源科技策源能力,更好地服务于世界科技前沿与国家战略需求。

20211225日至27日,上海光源线站工程中的激光伽马线站、快速X光成像线站、纳米三维成像线站、高性能膜蛋白晶体学线站、储存环混合填充模式等分系统顺利通过了中国科学院条财局组织的工艺测试。在新冠疫情尚在全球范围内肆虐的严峻形势下,上海光源广大科研技术人员克服重重困难,边建设边运行,本年度圆满完成共计8条新光束线站的建设任务,并全部投入使用。 

本次工艺测试专家组由中国科学院高能物理研究所、中国科学院物理研究所、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、中国科学院上海光学机密机械研究所、中国科学技术大学、复旦大学、西南交通大学、上海交通大学等13家单位的21位专家组成,胡天斗研究员任组长。专家组听取了邰仁忠研究员代表经理部所作的上海光源线站工程总体报告,以及各测试项目的自测报告,讨论确定了工艺测试内容和测试大纲,并分组进行了现场实测。实测结果表明,激光伽马线站、快速X光成像线站、纳米三维成像线站、高性能膜蛋白晶体学线站、储存环混合填充模式的各项指标全部达到验收指标,部分优于设计指标。 

激光伽马线站SLEGS)是一条利用CO2连续激光与储存环电子束团碰撞产生MeV能量伽马射线的光束线站,是国际上第一台通过改变激光与电子碰撞角度获得不同伽马能量的激光康普顿伽马源装置。激光系统、多通组件、4p平坦效率谱仪、核共振荧光谱仪等光束线站关键设备全部为上海光源自主研发设计,并自行安装调试。SLEGS光束线站的能量扫描精度、流强密度、流强稳定性等参数优于国际同类装置,成为国际上仅有的两台正在运行的MeV激光伽马源装置之一。该线站的建成为我国在光源装置上开展核物理、核天体物理、极化物理等方向的研究提供了强有力的实验平台,将在国际光核物理研究领域发挥巨大的作用。 

 

激光伽马光源系统 

 

激光伽马实验站 

 

快速X光成像线站是一条可以实现百皮秒时间分辨的高性能成像光束线站。束团拉伸设备三次谐波腔、液氮冷却低温波荡器、液氮冷却双晶单色器、单脉冲超快X射线成像探测器、高速X射线成像探测器、快速X射线成像探测器等关键设备均由上海光源自主研制。快速X光成像线站在国内首次实现了单脉冲同步辐射X射线超快成像,可以清晰观测到激光加载下水中气泡的形成过程及其伴生的射流现象,成像时间分辨率达到60ps,是上海光源线站工程的一大亮点之一,表明上海光源掌握了同步辐射X射线超快成像的核心关键技术并取得了突破性进展;实验站包括材料动态响应实验平台、高速流体动力学实验平台、动态显微CT实验平台,将为我国在材料冲击响应、高速流体学、软物质动力学等重要方向的研究提供了强有力的支撑。 

 

 快速X光成像实验站 

同步辐射单脉冲X射线超快成像在激光加载后不同时刻获得的水中气泡的瞬态图像

 

 

 

纳米三维成像线站瞄准纳米材料、生命科学、新能源和新一代信息技术等领域中的前沿科学问题和国家战略需求,为相关学科领域提供先进的纳米结构表征实验平台。该线站的核心设备—全场X射线纳米CT系统,被国外公司长期垄断。为解决“卡脖子”问题,上海光源与北京师范大学联合攻关,解决了毛细管拉制成型工艺控制、参数精密检测、成品率低等技术难题,成功实现关键预聚焦元件—单毛细管椭球镜的国内自主研制,突破了X射线关键光学元件禁售垄断的制约。上海光源同时解决了高稳定机械系统设计及集成、精密运动控制及数据采集等一系列技术难题,自主研发国内首套专用纳米CT系统,是国际上首条基于弯铁光源实现20 nm全场成像的光束线站。

 

自主研制纳米CT成像系统 

 

标准分辨率靶全场纳米成像结果

 

最小尺寸25nm分辨率靶成像结果及功率谱密度分析结果(分辨率为19.5nm

 

高性能膜蛋白晶体学线站是一条专用于解析以膜蛋白为代表的结晶困难、尺寸微小(小至1微米)的晶体结构的线站,与上海科技大学团队合作完成。该线站是国内首条同时配备多层膜单色器和双晶单色器切换使用的晶体学线站。通过国内自主研发的高精度多层膜单色器,在样品点光斑尺寸小于1微米(光斑尺寸水平和垂直均为0.7微米)的情况下,实测光子通量超过3.0E+12phs/s,刷新国内同类线站光子通量密度最好值,达到国际同类线站领先水平。结合实验站配置高性能探测器、高精度衍射仪和高度自动化上样设备,膜蛋白线站将为上海光源在微米级蛋白质晶体结构解析方面提供强有力的手段,并为GPCR这类结构解析困难的蛋白质优化提供良好的实验条件,大大缩短蛋白质晶体结构研究周期,节约投入于蛋白结晶生长环节中的资源,提高结构生物学研究效率。

 

国内自主研制的多层膜单色器

 

 一幅膜蛋白晶体(尺寸小于5微米)的衍射图案 

 

储存环混合束团填充模式实现了单束团24.5 mA、束团串200 mA的束流流强,全部优于设计指标,其单束团电荷量为世界第四,为快速X光成像提供了强有力的保障。

 

混合束团填充模式束流流强

 

截止目前,上海光源线站工程已有11条光束线站通过了中科院组织的专家工艺测试,并进入到试运行阶段。 

 

 

 

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