上海光源 (Shanghai Synchrotron Radiation Facility)，英文簡寫為SSRF，是中國重大科學工程，投資逾12億人民幣，2004年12月25日開工，坐落上海張江高科技園區(qū)，這是中國迄今為止（2010年1月20日）規(guī)模最大的這個科學裝置建成后，將對推動中國多學科領域的科技創(chuàng)新和產業(yè)升級產生重大作用。上海光源裝置由中國科學院和上海市共同出資建設，占地約300畝，預計2009年建成投入應用。
起源
2010年1月19日下午在上海順利通過國家驗收。標志著中國這一性能指標達到世界一流的中能第三代同步輻射光源，歷經十年立項和五十二個月緊張建設，已全面、優(yōu)質、按期完成工程建設任務，即將正式對中外各學科領域的科研用戶開放。
簡介
上海光源,即SSRF (Shanghai Synchrotron Radiation Facility)
我國跨世紀最大的科學工程，投資逾12億人民幣，2004年12月開工，坐落上海張江高科技園區(qū)。
作為國家級大科學裝置和多學科的實驗平臺，上海光源由全能量注入器（包括150MeV電子直線加速器、周長180米的全能量增強器和注入/引出系統(tǒng)）、電子儲存環(huán)（周長432米，能量3.5GeV）、光束線和實驗站組成。
在這個碩大的圓形裝置中，全能量注入器提供電子束并使其加速到所需能量，無數電子束以接近光的速度在閉合環(huán)形的真空電子儲存環(huán)中運行，并在拐彎時放出同步輻射光。電子儲存環(huán)是同步輻射光源的主體與核心，它的性能直接決定了同步輻射光源性能的優(yōu)劣。為了保證向用戶提供在空間位置上高度穩(wěn)定的同步輻射光，電子束軌道的穩(wěn)定需要被控制在微米量級。
光束線沿著電子儲存環(huán)的外側分布，它起著用戶實驗站與電子儲存環(huán)之間的橋梁作用。也就是說這道“光閘”將從電子儲存環(huán)引出的同步輻射光束“條分縷析”出從遠紅外到硬X射線等不同波長的同步射光，并按用戶要求進行準直、聚焦等再加工，然后輸送到用戶實驗站。
在實驗站，同步輻射光被“照射”到各種各樣的實驗樣品上，同時科學儀器記錄下實驗樣品的各種反應信息或變化，經處理后變成一系列反映自然奧秘的曲線或圖像?？茖W家和工程師們不僅可以利用強大光速快速測定蛋白質三維晶體結構，還能完成對超大規(guī)模集成電路的“精雕細刻”。
從2004年12月25日正式破土動工，到2009年4月完成調試后向用戶開放，這臺投資超過12億人民幣的中能第三代同步輻射光源，能量僅次于世界上僅有的3臺高能光源。
重要影響
2009年3月16日，中控室監(jiān)控加速器工作
“上海光源”光源能量位居世界第四，是世界上性能最好的中能光源之一。“上海光源”具有建設60條以上光束線和上百個實驗站的能力，可同時提供從遠紅外線、紫外線，到硬X射線等不同波長的高亮度光束，每年供光機時將超過5000小時，每天可容納幾百名科研人員，在各自的實驗站上，使用同步輻射光進行多學科前沿研究和高新技術開發(fā)應用。
科學家利用上海光源裝置，可破解生物大分子三維結構，揭示蛋白質空間結構，為正在到來的“后基因組時代”生命科學研究創(chuàng)造優(yōu)良條件，使中國生命科學迅速進入結構分子生物學的世界前列，并從“源頭”上促進中國醫(yī)學、制藥和生物技術產業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。利用上海光源的X光顯微成像和斷層掃描成像技術，可直接獲取亞細胞結構圖像，給中國科學家提供全新的生命動態(tài)視野，這可能成為21世紀初中國生命科學的光輝里程碑。用上海光源中的高亮度X射線光束，可揭示材料中原子的精確構造，以便設計出更多豐富人們生活的新穎材料。用上海光源中的雙色減影心血管造影技術，可為心血管疾患作快速清晰的早期診斷。利用上海光源中的X射線深度刻蝕光刻技術， 可制造肉眼難以看清的微型馬達、微型齒輪、微型傳感器、微型泵閥，以及微型醫(yī)用器件等。
上海光源裝置建成后，還將直接帶動中國電子工業(yè)、精密機械加工業(yè)、超大系統(tǒng)自動控制技術、高穩(wěn)定建筑技術，以及其它相關工業(yè)的快速發(fā)展。
首獲成功
實驗測量與理論計算的真空波蕩器輻射光譜
硬X射線微聚焦及應用光束線站（BL15U1）是上海光源工程首批光束線站中，第一條進行調試的真空波蕩器光束線站。2009年2月6日下午，科研人員完成了調束前準備工作，晚18:00開始
正式調束，隨即在光束線熒光靶和絲掃描探測器上分別觀測到波蕩器輻射光斑和光電流，21:30分在實驗站鈹窗出口處的電離室上探測到波蕩器輻射的5.4 keV單色光（3次諧波），并掃描獲得該能量下單色器搖擺曲線，實現了首輪調束目標。隨后，科研人員連續(xù)奮戰(zhàn)，測量了波蕩器光源3－11次諧波輻射光譜，完成Cu的近邊吸收譜的測量和單色器能量標定，測量了微量元素標準樣品SRM610（500ppm）和SRM614（1ppm）的熒光譜。
BL15U1線站使用的真空波蕩器由中國科學院上海應用物理研究所自行設計和研制，是國內第一臺真空波蕩器。真空波蕩器是決定中能第三代同步輻射光源能否產生可與高能光源相比的硬X射線的重大關鍵設備，其結構復雜、工藝難度高，是集高精度磁體技術、超高真空技術、精密機械傳動和控制技術等多項高技術于一體的光源設備。BL15U1線站使用的這臺波蕩器共80個磁周期，周期長度25mm，采用混合型磁體結構，最小工作磁間隙7mm，最大峰值磁場強度0.95T；波蕩器為真空型結構，全部磁體和支撐梁處于超高真空環(huán)境中；機械傳動采用磁列錐度可調、雙電機驅動方案，通過控制系統(tǒng)操作實現上下磁列平行模式和錐度模式運行。上海光源首批線站使用的兩臺真空波蕩器原計劃整機從美國公司進口，由于該公司制造工期嚴重延誤，為確保進度，上海光源工程經理部于2008年3月決定緊急啟動自主研制兩臺真空波蕩器的工作。工程經理部從各相關系統(tǒng)抽調技術骨干組成項目組，集中力量研制，經過設備調研、方案設計、工程設計與評審、非標設備制造和標準設備采購、設備總裝和調試，僅用11個月的時間就完成了國內首臺真空波蕩器的研制，為最后工程節(jié)點的可控提供了保證。2009年1月28日，這臺真空波蕩器完成磁場、真空、機械與控制等性能測試，順利安裝到儲存環(huán)上；2月3日完成現場準直、真空安裝調試、電氣安裝和聯合調試，2月4日調試出光。根據實測的輻射光譜進行優(yōu)化后，光束線末端的探測器上已觀察到波蕩器高強度的11次高次諧波輻射，從實測強度歸算出的波蕩器相位誤差約在4度的水平，達到預期目標。
同步輻射
BL15U1線站獲得的Cu的近邊吸收譜
同步輻射是由以接近光速運動的電子在磁場中作曲線運動改變運動方向時所產生的電磁輻射,其本質與中國日常接觸的可見光和X光一樣，都是電磁輻射。由于這種輻射是1947年在同步加速器上被發(fā)現的，因而被命名為同步輻射（Synchrotron radiation）。由于同步輻射造成的能量損失極大地阻礙了高能加速器能量的提高，因此在早期同步輻射被作為高能物理極力要排除的因素。后來，人們發(fā)現同步輻射具有常規(guī)光源不可比擬的優(yōu)良性能，如高準直性，高極化性，高相干性，寬的頻譜范圍、高光譜耀度和高光子通量等。從70年代開始，發(fā)達國家逐步開展了同步輻射的應用研究，其卓越的性能為人們開展科學研究和應用研究帶來了廣闊的前景，因此在幾乎所有的高能電子加速器上都建造了同步輻射線站，以及各種應用同步輻射光的實驗裝置。
同步輻射光源自1947年代誕生以來，已有近60年的歷史，隨著應用研究工作不斷深入，應用范圍不斷拓展，對同步輻射光源的要求也不斷提高，并經歷了三代的快速歷史發(fā)展階段。第一代同步輻射光源是寄生于高能物理實驗專用的高能對撞機的兼用機，如北京光源（BSR）就是寄生于北京正負電子對撞機（BEPC）的典型第一代同步輻射光源；第二代同步輻射光源是基于同步輻射專用儲存環(huán)的專用機，如合肥國家同步輻射實驗室（HLS）；第三代同步輻射光源是基于性能更高的同步輻射專用儲存環(huán)的專用機，如上海光源(SSRF)。世界上已建成的第一代同步輻射光源有17臺，第二代有23臺，第三代有13臺（包括中國臺灣及韓國的各1臺），正在建造和設計的第三代同步輻射光源有12臺。預計到2010年前后，每天將有上萬名科學家和工程師同時使用這些同步輻射光源，從事前沿學科研究和高新技術開發(fā)。
第一代、第二代、第三代同步輻射光源之間的最主要的區(qū)別，是在于作為發(fā)光光源的電子束斑尺寸或電子發(fā)射度的迥異。例如第二代的合肥同步輻射光源，其電子束發(fā)射度約150納米弧度，而第三代的上海光源，其電子束發(fā)射度約4納米弧度，二者相差近40倍，結果得到的光亮度差1600倍，近三個量級！另一顯著差別是可使用的插入件的數量懸殊，第二代光源僅能安裝幾個插入件，而第三代光源可有十幾個到幾十個插入件。由于插入件產生的光較之彎轉磁鐵產生的光具有更高的亮度和更好的性能，可見插入件數量的多寡可直觀地表征光源的性能的優(yōu)劣。
先進性
性能價格比高
儲存環(huán)的能量3.5GeV，在中能區(qū)光源中能量最高，性能優(yōu)化在用途最廣的X射線能區(qū)。利用近年來插入件技術的新進展，不僅可在光子能量為1-5keV產生最高耀度的同步輻射光，而且在5-20keV光譜區(qū)間可產生性能趨近6-8GeV高能量光源所產生的高耀度硬X光；
全波段
波長范圍寬，從遠紅外直到硬X射線，且連續(xù)可調。利用不同波長的單色光，可揭示用其他光源無法得知的科學秘密；
高強度
總功率為600千瓦，是X光機的上萬倍。光通量大于1015光子/（S.10－3bw）。高強度和高通量為縮短實驗數據獲取時間、進行條件難以控制的實驗以及醫(yī)學、工業(yè)應用提供了可能；
高耀度
其耀度是最強的X光機的上億倍，主要光譜覆蓋區(qū)的光耀度為1017～1020光子/（S.mm2.mrad2.10－3bw）。高亮度為取得突破性科技成果提供了高空間分辨、高動量分辨和超快時間分辨的條件；
時間結構
其脈沖寬度僅為幾十皮秒，可以單束團或多束團模式運行，相鄰脈沖間隔可調為幾納秒至微秒量級，能為研究化學反應動力過程、生命過程、材料結構變化過程和大氣環(huán)境污染過程等提供正確可信的數據；
高偏振
上海光源中在電子軌道平面上放出的同步光是完全線極化的, 而離開電子軌道平面方向發(fā)射的同步光則是橢圓極化的，因而是研究具有旋光性的生物分子、藥物分子和表現為雙色性的磁性材料的有力工具；
準相干
上海光源從插入件引出的高耀度光具有部分相干性, 為眾多前沿學科的顯微全息成像分析開辟了道路；
高穩(wěn)定性
可以提供十幾到幾十小時的穩(wěn)定束流，光束位置穩(wěn)定度僅約光斑的10%；
高效性
總共將建設近60條以上光束線和上百個實驗站，給用戶的供光機時將超過5000小時/年，每天可容納幾百名來自海內外不同學科領域或公司企業(yè)的科學家/工程師，夜以繼日地在各自的實驗站上使用同步輻射光；
靈活性
光源可運行于單束團、多束團、高通量、高亮度和窄脈沖等多種模式，可依據用戶需求快速變換運行模式，以滿足用戶的多種需求；
前瞻性
首批光束線站的科學目標先進，能夠滿足中國多個學科領域對同步輻射應用的迫切需要，并至少具有30年科學壽命。
國際地位
“上海光源”高性能電子儲存環(huán)旁的部分實驗站
SSRF能量居世界第四（僅次于日本SPring-8、美國APS、歐洲ESRF），性能超過同能區(qū)現有的第三代同步輻射光源，是世界上正在建造或設計中的性能最好的中能光源之一；
光源建造規(guī)模符合中國國情，投資適中，在寬廣的光子能區(qū)具有好的性能價格比。光子能量范圍優(yōu)化在0.1-40keV。在5-20keV的硬X射線區(qū)，其耀度可接近大而昂貴的6-8GeV的第三代光源。在1-5keV能譜范圍內的耀度居世界最高之列；
SSRF將在亞洲地區(qū)與日本SPring-8 (8GeV)、韓國PLS (2.5GeV)、中國臺灣TLS (1.5GeV)和印度Indus-II (2.5GeV) 等高低能量的第三代同步輻射光源一起形成可以與美國和歐洲比擬的能量和性能分布合理的光源群，成為面向世界的同步輻射實驗平臺。科學壽命大于30年。
目標技術
1）上海光源的建設目標
上海光源
上海光源屬中能第三代同步輻射光源，其電子束能量為3.5GeV，僅次于日本的SPring-8 (8GeV)、美國的APS（7GeV）和歐洲共同體的ESRF（6GeV），居世界第四。上海光源包括一臺100MeV的電子直線加速器、一臺能在0.5秒內把電子束從100MeV加速到3.5GeV全能量的增強器和一臺3.5GeV的高性能電子儲存環(huán)，以及首批建成的7+1條光束線站。上海光源儲存環(huán)平均流強300mA，最小發(fā)射度4納米弧度，束流壽命大于10小時。配以先進的插入件后，可在用戶需求最集中的光子能區(qū)（0.1-40keV）產生高通量、高耀度的同步輻射光，光子亮度大于1019。儲存環(huán)共有40塊彎轉二極磁鐵、16個6.5米的標準直線節(jié)和4個12米的超長直線節(jié)，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共60多條光束線的能力，它可同時為近百個實驗站供光。首批建造的5條基于插入件的光束線站，分別是生物大分子晶體學線站、XAFS線站、硬X射線微聚焦及應用線站、X射線成像與生物醫(yī)學應用線站、軟X射線掃描顯微線站；2條基于彎轉磁鐵的光束線站分別是高分辨衍射線站和X射線散射線站。此外，還將建造一個基于軟X射線光束線的X射線干涉光刻分支線站。
2）上海光源的技術難度
上海光源是極其復雜的大科學工程，包含有眾多系統(tǒng)，它們分別涉及超導高頻及低溫技術、超高真空技術、高精度數字化電源技術、高性能磁鐵及機械準直技術、高性能束流診斷技術、先進控制技術，以及先進光束線技術等多項先進技術，部件研制及系統(tǒng)集成難度極高；特別是須在保證各系統(tǒng)性能的前提下達到很低的故障率，以實現提供十幾到幾十小時的穩(wěn)定束流、年運行5000小時以上供光時間的預定目標。
高耀度要求儲存環(huán)具有小發(fā)射度。上海光源的水平發(fā)射度僅約4納米弧度，光源點水平束斑尺寸約150微米、垂直束斑尺寸僅約10微米。然而，低發(fā)射度要求儲存環(huán)的動力學孔徑只能很小，也帶來了光束的各種不穩(wěn)定性、束流壽命短等難題?？梢?，如何優(yōu)化光源的動力學性能以提高束流壽命，是一大難題。
為保持束流穩(wěn)定，其軌道的垂直穩(wěn)定度須控制在1微米以內，如何實現這指標是建造上海光源的一大難點。嚴格控制地基的不均勻沉降、儲存環(huán)隧道和實驗大廳地板的扭曲和變形，嚴格限定儲存環(huán)隧道內空氣溫度的變化和光源設備冷卻水溫度的變化，監(jiān)測和控制各種振動源，優(yōu)化裝置的機械結構，采用振動的隔離和阻尼措施，提高電源穩(wěn)定度和降低紋波，并應用軌道反饋手段等，使光源穩(wěn)定性達到世界一流水平。
應用前景
"上海光源"用途:透視
同步輻射為許多前沿學科領域的研究提供了一種最先進又不可替代的工具。利用同步輻射實驗技術開展實驗研究所涉及的學科之眾多，應用的領域之廣泛，是其它大科學裝置無法比擬的。
生命科學和醫(yī)藥學與人類健康生活息息相關，也是同步輻射光得到廣泛應用的重要領域。同步輻射X射線衍射方法是當前測定生物大分子結構的最有力手段，是研究生命現象與生物過程的利器。英國科學家J. Walker和美國科學家R. Mackinnon籍助同步輻射研究生物分子的結構與功能，取得了突破性的成就，先后榮獲1997年度和2003年度諾貝爾化學獎。研究病毒以及病毒與人體內發(fā)生作用的生物分子的結構，對于弄清病毒的致病機理與過程至關重要，利用這些結構信息有針對性地進行藥物設計、合成與篩選，可以大大加快新藥物研制的進程。利用這種方法，國外已成功研制出用于治療艾滋病的藥物，對于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年中國出現SARS疫情后不久，中國科學家就利用同步輻射光成功測定了SARS病毒主蛋白酶的結構，為研制抵御SARS病毒的藥物提供了重要信息。在醫(yī)學診斷方面，同步輻射光也展示出了非常重要的應用前景。心血管疾患常導致突發(fā)性死亡，是威脅人類生命的主要疾病之一。采用同步輻射光源X射線的造影技術可以實現安全、高清晰的心血管成像，為心血管疾病的早期診斷提供安全、快速的診斷方法。在腫瘤診斷方面，利用同步輻射光的高分辨特點，可以發(fā)現很小的腫瘤，實現腫瘤的早期診斷以提高腫瘤的治愈率。
材料科學是支撐高技術經濟發(fā)展必不可少的基礎，未來的技術革命將在很大程度上取決于新型材料的發(fā)明，例如半導體、高分子聚合物、合金、陶瓷、超導材料、復合材料、金屬玻璃以及納米材料等，這些具有異乎尋常性能的新型材料將在計算機、信息、通訊、航空航天、機器人、醫(yī)藥、微機電和能源等新興產業(yè)中獲得越來越廣泛的應用。利用上海光源所產生的高亮度同步輻射光束，可以揭示材料中原子的精確構造和得到有價值的電磁結構參數等信息，它們既是理解材料性能的"鑰匙"，也隱含著發(fā)明新穎材料的原理來源。
人類賴以生存的自然環(huán)境是脆弱的，資源也是有限的。環(huán)境污染、生態(tài)失衡、資源短缺、地球變暖和自然災害等，都對人類的生存構成了直接威脅，地球和環(huán)境科學面臨的許多挑戰(zhàn)正成為世界性的課題。分子環(huán)境科學以同步輻射X射線譜學技術作為主要分析手段，能在分子水平上描述環(huán)境污染物的形態(tài)，研究污染物的遷移和轉化的復雜化學過程，從而評估污染風險和確定污染治理方案。而基于分子環(huán)境科學所建立起來的受環(huán)境污染植物的修復技術，以其自然、生態(tài)、綠色的特點而越來越受到重視與歡迎，可望產生重大的社會效益和經濟效益。在地球科學研究方面，利用高亮度同步輻射X射線作為微探針，將能夠深入地了解地殼深處和地幔中礦物的演變和轉化，對于礦床地質、礦物、巖石、探礦以及地球化學研究起著重要的作用。
微電子機械系統(tǒng)（MEMS）是一種高智能度、高集成度的系統(tǒng)。科學家預言，20年后MEMS產出的社會和經濟效益將相當于今天微電子技術所產生的。在微細加工技術中，利用同步輻射X光深度光刻技術，已經研制出微型傳感器、微型光電部件、微型馬達、微型齒輪、微電子開關和微型噴嘴等，同步輻射光將在MEMS制造技術開發(fā)方面將發(fā)揮重要作用。隨著集成電路的集成度越來越高，科學界預計，對線度在幾十納米及以下的集成電路，同步輻射光刻技術將有可能成為主要的光刻手段。
在石化及化學工業(yè)中，催化劑起著核心作用，對產出有重要影響。利用同步輻射光可以研究催化機理和催化劑的特性，這有助于研究發(fā)明新型催化劑，其結果直接影響到石油化工的效率和產出。在高分子材料改性和開發(fā)研究方面，同步輻射光所起的作用受到越來越多的關注。移動通訊和便攜式電腦市場的迅猛發(fā)展導致對質輕、價低、續(xù)航時間長的可充電電池的需求激增，各國的制造商正在為掌握新的電化學反應以開發(fā)高性能的電池而陳兵鏖戰(zhàn)，而同步輻射光正是他們手中的新式武器。
在許多其它產業(yè)研發(fā)與檢測方面，如超大規(guī)模集成電路中硅晶片中的痕量雜質探測分析、飛機發(fā)動機和航天器的疲勞測試、紙漿無氯漂白工藝改進、化妝品效果分析乃至新口味凝膠食品的開發(fā)等，同步輻射光都將大顯其非凡身手。