同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)

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国家同步辐射实验室坐落在安徽合肥中国科技大学西校园中,这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。实验室拥有的同步辐射光源是目前国内高校中唯一一台大科学装置和国家级实验研究平台。
中文名
同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)
地    址
安徽合肥中国科技大学西校园
类    型
国家级实验研究平台
创建时间
1991年12月

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)简要概况

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国家同步辐射实验室坐落在安徽合肥中国科技大学西校园中,这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。实验室拥有的同步辐射光源是目前国内高校中唯一一台大科学装置和国家级实验研究平台。

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)仪器设备

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国家同步辐射实验室建有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。其主体设备是一台能量为800MeV、平均流强为100~300mA的电子储存环,用一台能量200MeV的电子直线加速器作注入器。来自储存环弯铁和扭摆磁铁的同步辐射特征波长分别为2.4nm和0.5nm。

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)历史沿革

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20世纪70年代末,中国科学技术大学在国内率先提出建设电子同步辐射加速器。1977年同步辐射装置的建造列入全国科学技术发展规划。1978年春中科院决定成立以中国科学技术大学为主的同步辐射加速器筹备组,并于当年三月在合肥召开了第一次筹备工作会议,讨论了我国建造电子同步辐射加速器的初步方案,象征着我国同步辐射事业的正式启动。
在随后几年的预研制过程中,工程人员制成了一段30MeV的电子直线加速器、一块弯转磁铁、一块四极磁铁及一个储存环的超高真空系统,以及物理设计,取得了良好的结果和第一手的经验,为后面的工程打下了坚实的基础。
1981年10月,中科院在合肥召开了“合肥同步辐射装置预研制及物理设计审定会”,会议认为合肥同步辐射装置已基本进入工程的条件。
1983年,国家计委以计科1983年470号文《关于建设国家同步辐射实验室的复函》批准了在中国科学技术大学筹备国家同步辐射实验室,国家同步辐射实验室正式立项。这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。
1984年,国家计委以计科(外)1984年2033号文《关于合肥同步辐射实验室扩初设计的批复》批准了该工程的主体工程建设规模为建造一台能量为8亿电子伏的同步辐射光源及相应的实验设施,总投资5990万元(含350万美元),并列入按合理工期组织施工的国家重点项目。
国家计委批准的国家同步辐射实验室扩初设计中确定了电子储存环的能量为800MeV、平均流强为100~300mA,用一台能量为200MeV、脉冲流强为50mA的电子直线加速器作为注入器。并明确与加速器建设的同时,建造5条光束线及5个实验站,它们分别是:光电子能谱光束线实验站、分时光谱光束线实验站、软X射线显微术光束线实验站、X射线光刻光束线实验站。
1988年,国家同步辐射实验室的土建工程基本完工。
1989年3月加速器的所有部件都已安装就位并经过局部和分系统的调试,同年4月开始联调,25日开始注入储存环,仅经过23小时便得到第一个储存束流。
1989年光束线实验站开始安装,1991年8月完成所有光束线实验站的安装调试工作,同年9月开始用同步光进行调试,并开展实验研究工作。
1991年12月22日至23日,由国家科委组织,王淦昌任主任的鉴定委员会对合肥同步辐射加速器及光束线实验站进行技术鉴定。鉴定委员会认为由我国自行设计、研制建成的合肥同步辐射加速器的主要性能指标已达到国际上同类加速器的先进水平,已建成的五条同步辐射光束线和五个实验站的主要性能指标已基本达到国际水平。
1991年12月26日,国家同步辐射实验室工程顺利通过了国家计委组织的国家验收。国家验收委员会高度评价国家同步辐射实验室工程的建设者们圆满地完成了工程建设任务。
1993年4月,NSRL正式对国内外开放,建有6条光束线和6个实验站,可广泛用于开展物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、力学、地学、医学、药学、农学、环境保护、计量科学、X射线光刻和超微细加工等基础研究和应用研究。
1994年2月,由钱临照、唐孝威两位院士发起,王淦昌、谢希德、谢家麟、冯端、卢嘉锡等34位院士联合向有关部门提出《关于集中力量全面建设、充分利用合肥国家同步辐射光源的建议》,中国科技大学也正式向国家有关部门提出建造国家同步辐射实验室二期工程(简称二期工程)的申请。
1996年,国家科技领导小组批准二期工程作为“九五”的首批国家重大科学工程项目之一启动。国家计委分别以计科技1997年557号文和1503号文对二期工程项目建议书和可行性研究报告批复中国科学院,同意以中国科技大学为依托建设“国家同步辐射实验室二期工程”国家重大科学工程项目,总投资11,800万元人民币。
1997年4月8日,国家计委批复了NSRLII项目建议书(计科技(1997)557号文)。
1997年8月29日,国家计委批复了可行性研究报告(计科技(1997)1503号文)。
1998年7月8日,国家计委批复了初步设计报告(计投资(1998)1301号文)。
1999年4月15日,国家发展计划委员会以计投资1999年416号文《国家计委关于国家同步辐射实验室二期工程开工建设的批复》同意二期工程开工建设。 二期工程的技术目标是:在充分保证机器主体长期、可靠、稳定运行,大幅度提高光源积分流强、亮度和稳定性的基础上,新建1台波荡器插入元件,增建8条新光束线和相应8个实验站。竣工后,合肥光源的潜力得到更充分的发挥,将作为性能优秀、稳定可靠、部分指标相当先进的中低能区同步辐射光源,长期处于国际上同类装置的一流水平。
1999年,NSRLII完成了水冷系统冷却塔的更新改造,空调系统热交换器等附属设备投入运行,辐射场监测系统通过调试开始试运行。加速器各子系统改造的主要元件及样机研制与测试多已顺利完成并通过了验收。注入系统完成了冲击磁铁磁块分组测试、脉冲电源组装、陶瓷真空盒部分测试。储存环真空系统、电源系统的环主电源、控制系统的相关控制软件、高频系统的新高频机、束测系统的部分组件、波荡器单磁块测量系统等改造或研制均已完成。
1999年12月12日,来自中科院高能所、物理所、电工所、上海同步辐射装置、清华大学、复旦大学的9位教授、研究员组成的专家组,对6万高斯超导扭摆磁铁及XAFS光束线、站进行了技术鉴定。会议听取了研制报告、测试结果报告,审阅了全部资料,并进行了现场考察。专家组认为:6万高斯超导扭摆磁铁是一项技术复杂的项目,在我国是首次研制,其综合性能在国际同能区的装置中已居领先地位。该扭摆磁铁安装调试成功,使工作能区扩展到硬X射线领域,具有重要的科学意义。XAFS线、站的主要性能均达到设计指标,光束线的分辨率和光斑的稳定性达到国际上同类装置的水平,提供用户使用后获得了良好的实验结果。
1999年12月19日,NSRL第二届用户委员会第一次会议在合肥召开。会上宣读了经中科院批准的新一届用户委员会名单,简要介绍了二期工程的进展情况、实验室现状和下年度用光计划。委员们肯定了NSRL为用户做的工作,针对用户管理方面存在的一些问题,提出了可行的建议。
2000年,3月20日打开储存环真空,开始安装与之相连的大部分设备和所有光束线的前端,4月中旬封闭。光束线前端于5月安装到位。储存环真空恢复顺利,各前端的真空性能均达到指标要求,通过了工程内部验收。新建的LIGA光束线安装就位,通过了离线调试验收。
2001年,运行质量比改造前大幅度的提高。环的主磁铁电源、注入系统电源等新设备的故障率很低,真空系统改造、新光束线前端等通过了运行的考验。5月超导Wiggler投入运行,为NSRLII的两条用X射线的光束线对光,LIGA站进行了首次调试和试运行,获得了深达1毫米的深度光刻制品(右图)。下半年,高频腔完成机械加工;注入系统长直线段的冲击磁铁已制成;波荡器加工已完成,磁场测量与调整的初步结果令人满意。大部分电源已验收,控制系统的改造与之配合进行。光束线站的非标加工基本完成。除已就位的LIGA线外,其他七条光束线的机械测量(粗)、真空调试、安装就位等工作正全面展开。八个实验站中的四个的主体设备已经初步安装到位。其他各站也进展顺利,重要的非标部件的加工基本完成。公用设施改造的大部分已完成并投入使用。
2002年5月,NSRLII储存环束流闭轨校正系统投入运行并取得良好效果。其三个主要组成部分:束流闭轨位置测量系统、校正铁系统和相关的控制系统功能正常。该系统能很好地满足机器运行和研究的需要。
2002年7月15日,长约2.7米的波荡器UD-1通过专家测试。来自中科院高能物理所、中科院上海原子核所和中国科技大学等单位的专家对NSRLII新建波荡器UD-1的磁场性能指标进行了测试。现场测试结果与原测数据一致,重复性很好。UD-1是我国大陆建成的第一台储存环中以产生高亮度同步辐射的波荡器。其磁间隙变化范围大,测量长度长,磁测指标多、数据多,调试测量的工作量和难度都很大。测试组认为,UD-1调试测量数据完整,性能优良,各项指标均已达到设计要求,主要指标优于设计要求。
2002年,环高频系统10月完成安装,真空系统改造基本完成,工程进入联合调试、试运行阶段。X射线衍射与散射线站通过了专家测试开始试运行。表面物理、光谱辐射标准和计量、原子分子物理等线的光学元件完成安装,开始光路的初步调试。
2003年1月16日,NSRLII光声、光热实验站设计方案调整专家审定会在合肥举行。专家组由南京大学声学研究所张淑仪院士(组长)、复旦大学同步辐射研究中心的张新夷教授、复旦大学生命科学学院的季朝能副教授、中科院基础局的陈勋远研究员和中国科技大学物理系的方容川、施朝淑教授、化学系的苏庆德教授以及生命科学学院吴季辉教授组成。专家们听取了该实验站方案调整内容以及调研结果。专家组认为:NSRLII建设方案已充分考虑了满足真空紫外圆二色光谱实验站的要求,在工程进行中尽快调整方案是必要的,也是合理的,应集中力量建立真空紫外圆二色光谱及光声光谱实验研究方法,并建议光热偏转光谱可不作为二期工程验收内容,条件成熟时再开展这方面工作。
2003年3月13日,NSRLII新注入系统通过束流调试。3月4日打开环真空更换陶瓷真空室组件,3月13日开始带束联调并成功储存束流。四块冲击磁铁能实现良好匹配,励磁电流可加足设计值,最高积累束流流强曾达210mA。注入系统改造是NSRLII的关键子项目之一,也是难点之一。在2002年10月的调试中,束流极难储存。经过多方试验、观察测量和分析,并与高能所、上海核所、日本KEK的专家讨论,判断是陶瓷真空室金属镀膜偏厚,造成磁场时间滞后不均,并制定了改进关键工艺、严格控制质量、加强半成品检测、抓紧进度等措施。由于判断准确,措施得当。陶瓷真空室组件的加工仅用两个多月就顺利完成。各项技术指标皆符合物理设计要求。
2004年3月14-16日,NSRLII通过了中科院组织的加速器及光束线专家测试会。测试组由来自上海应用物理所、北京高能物理所、兰州近代物理所的10位专家组成,陈森玉院士担任组长,赵振堂、夏佳文、夏绍建研究员担任副组长。测试期间,测试组专家审定了工程指挥部提交申请报告,确定了总体工艺综合测试指标和参数,分成8个小组对加速器改造项目和光束线部分的12个子项工艺的测试方法、测试手段和自测结果进行了审定,并对他们的主要性能指标进行了复测。测试组专家认为:NSRLII已测的加速器改造项目通用运行模式满足同步辐射用户的基本需求,可投入运行。12条光束线和实验站可提供同步辐射用户使用。
2004年5月27-28日,中科院基础局组织专家组对NSRLII进行了院级工艺鉴定。鉴定组由魏宝文院士担任组长,陈森玉院士、陆坤权研究员担任副组长的11位专家组成。专家们听取了工程建设报告和分管加速器改造、光束线建设、实验站建设报告;听取了陈森玉院士宣读的工艺测试报告;查阅了工程指挥部提供的专家测试组测试结果;并现场观察了装置运行情况。鉴定组确认了专家测试组提交的测试结果,积极评价NSRLII取得的成绩。改造后的装置技术水平提高到新的高度,运行流强300毫安,束流平均寿命大于8小时;超导扭摆磁铁(Wiggler)运行时,全部14条光束线可同时引出同步辐射光。所有新建实验站皆已基本具备向用户开放的条件,满足大多数同步辐射用户的基本需求,建议在国家验收后将尽快投入运行。
2004年12月14日,NSRLII正式通过了由国家发展和改革委员会委托中科院主持的国家验收。验收委员会听取了工程建设报告、专家测试报告、工艺鉴定报告和预验收意见,查验了工程现场,查阅了文件、档案资料。经过认真、仔细的审查,验收委员会认为:国家同步辐射实验室通过二期工程建设,提高了装置技术水平,扩大了实验应用领域,基本完成了国家发展和改革委员会(原国家计委)批准的建设目标,同意NSRLII通过国家验收。

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)学科前沿

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同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异的新型光源,可应用于物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、力学、地学、医学、药学、农学、环境保护、计量科学、光刻和超微细加工等众多基础研究和应用研究领域。

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)科研平台

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国家同步辐射实验室现建有X射线光刻、红外与远红外、高空间分辨X射线成像、X射线衍射与散射、扩展X光吸收精细结构、燃烧、X射线显微术、原子与分子物理、真空紫外分析、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量等15条光束线和相应的实验站。

同步辐射国家实验室(中国科学技术大学)交流合作

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国家同步辐射实验室是向国内外用户开放的国家级共用实验室,现有注册用户150余家。我们欢迎更多的科学家和优秀青年科技工作者加入同步辐射研究队伍,共创我国同步辐射辉煌的明天!
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