国家目标引导下的大科学装置建设——以上海同步辐射光源为例

大科学装置是科学技术发展的重要平台,其建设主要在政策和资金两方面受到国家目标的影响。作为我国大科学装置典型代表的上海同步辐射光源(SSRF),其概念提出、预制研究、立项、建造和后期优化等环节都紧密结合国家目标,在推进科学研究、发展高新技术方面做出了突出贡献。

上海同步辐射光源

上海同步辐射光源（简称“上海光源”；英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation Facility，缩写为SSRF）是一台高性能的中能第三代同步辐射光源，它是我国迄今为止最大的大科学装置．在科学界和工业界有着广泛的应用价值。它具有建设60余条光束线的能力．可以同时向上百个实验站提供从红外光到硬X射线的各种同步辐射光，具有波长范围宽、高强度、高亮度、高准直性、高偏振与准相干性、可准确计算、高稳定性等一系列优异的特性，可用以从事生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、凝聚态物理、原子分子物理、团簇物理、化学、医学、药学、地质学等多学科的前沿基础研究，以及微电子、医药、石油、化工、生物32程、医疗诊断和微加工等高技术开发应用的实验研究．将成为我国多学科前沿研究和高新技术开发应用的重要科技平台。

上海同步辐射光源工作点稳定性研究

上海同步辐射光源(SSRF)是一台第3代高性能同步辐射装置,已稳定运行超过10年。储存环的线性光学模型稳定是光源稳定运行的基础。工作点反馈系统可实时地校正工作点,并间接地以降维的方式反馈难以在线测量到的线性光学函数。工作点反馈系统在SSRF的稳定运行验证了此方法的可行性,该反馈系统不仅使得工作点稳定度显著提升,也使得束流发射度、注入效率以及束流寿命等重要参数的稳定度得到大幅提升。衍射极限储存环光源是现阶段被广泛研究和建设的新一代同步辐射光源,工作点反馈系统也将发挥更重要的作用。本文分析电子储存环线性光学函数和工作点的稳定性,回顾SSRF工作点反馈系统的实际运行情况,介绍工作点反馈系统在SSRF衍射极限环lattice(SSRF-U)的模拟。工作点反馈在SSRF的实际运行情况和在SSRF-U的模拟结果显示,该系统可将工作点稳定在±0.001范围内,可满足储存环光源稳定运行和线性差耦合共振圆束斑模式对工作点稳定度的需求。

上海光源首期Wiggler真空室材料选择及测试

本文对上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)首期两台扭摆器(Wiggler)真空室研制中材料的选择进行了阐述,在国内首次采用不锈钢真空室内壁镀铜的工艺来减小束流尾场效应,并对SS304镀铜材料相关真空性能进行了测试,为将来加速器设备真空室设计提供了参考。

X射线干涉光刻光束线偏转镜系统的设计与测试

介绍了上海光源X射线干涉光刻(XIL)光束线的基本情况。为实现光束线的光束偏转和光路切换,完成了其偏转镜系统的研制。分析了偏转镜系统的功能,设计了偏转镜的调节机构、切换机构和冷却结构。论述了调节机构的关键运动,即镜箱外直线运动转化为超高真空内旋转运动的实现过程;讨论了切换机构重复精度与承载能力之间的关系,并完成了精密丝杆的校核。采用镜子支撑方式和冷却方式集成的方案设计了冷却结构,并通过数值模拟分析了冷却结构和冷却效果。模拟结果表明镜子子午面形误差和弧矢面形误差分别约为6.5rad和7rad。应用激光干涉仪和光电自准直仪对调节机构和切换机构进行了测试,结果表明:调节机构的线性分辨力可达0.2μm,切换机构的重复精度满足设计要求。

数字BPM系统中模拟调理电路的研究

全数字化束流位置测量系统(Digital Beam Position Monitor,DBPM)将应用于上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF),其中模拟调理电路是DBPM系统重要组成部分。BPM探头输出的4路高频窄脉冲信号(重复频率499.654 MHz,脉宽200 ps)通过模拟调理电路进行滤波及自动增益调整,然后送至ADC进行模数变换,在系统中的数字处理模块进行处理后最终得到束流X、Y方向位置信息。系统电子学测试表明:此DBPM系统在输入信号动态范围为-40～10 dBm情况下,X、Y方向位置分辨率好于10μm,满足逐圈(694 kHz数据更新率)位置分辨要求。

文献计量视角下依托大科学装置的学科主题与合作网络研究——以上海光源为例

大科学装置是国家科技创新的重要驱动力,大量的研究表明,大科学装置的科学效益可以促进学科布局以及科研合作的发展,同时,系统合理的学科布局以及紧密有效的科研合作也会促进大科学装置科学效益的发挥。因此,进一步明晰大科学装置所涉及的学科、主题、合作网络的现状及演变趋势,是一项基础性、必要性、紧急性的工作。本文从文献计量的视角,采用社会网络、信息熵等理论方法,以上海同步辐射光源为例,研究其在2010-2015年学科、主题、合作网络的分布情况及演变趋势。研究发现,在学科方面,上海同步辐射光源有利于促进化学、物理学、材料学等学科的发展及交叉融合,但细胞生物学和分子生物学与其他学科之间缺乏联系;在主题方面,主要涉及晶体结构、结构分析等研究主题以及相应的小角散射、X射线散射等实验技术,且整体分布呈现从分散到集中的演变趋势;在合作网络方面,主要集中在中国科学院系统内的科研单位之间,且合作机构之间的联系强度呈现减弱趋势。

一十六载铸重器 交叉学科谱华章--记中国科学院上海高等研究院上海光源研究员、博士生导师姜政

在上海浦东张江高科技园区里,有一座宏伟壮观的银灰色建筑,占地达2万多平方米,像一只巨大的鹦鹉螺,它就是“上海光源”。上海光源也称上海同步辐射光源,是我国目前最大的大科学装置,经过漫长的10年立项和16年的设计、建设、应用,它已成为国家级综合科学研究平台,是各前沿学科和高新技术研究和应用不可或缺的重要工具,在诸多重要科研成果中发挥了巨大作用。

适用于SSRF的高性能频率合成源设计与实现

主信号源是高频数字化低电平控制系统(Low Level Radio Frequency,LLRF)的重要组成部分,它不仅用于产生高稳定度的参考信号,还用于产生控制系统所需的高精度工作时钟,其性能是高频系统性能的重要保障。本文以上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF)的主信号源作为研究对象,通过采用锁相环技术和直接模拟合成技术实现了500 MHz的单频信号源。实验测试结果显示:两种技术分别实现了-125 dBc/Hz@1 kHz和-132 d Bc/Hz@1 k Hz的相位噪声,均满足上海光源高频系统对信号源的性能要求。

基于双腔探头的流强精确测量

上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF,简称上海光源)作为中国第三代同步辐射装置,在为用户提供研究平台的同时,也在不断优化top-up运行模式,包括研究多束团注入以及注入效率优化等。而注入效率的优化需要精确测定注入束团的电荷量。由于ICT(Integrating Current Transformer)信号易受噪声干扰,分辨率不足1%,尤其在低电荷量注入时,分辨率将进一步降低,因此本文提出利用腔式探头分辨率高的特性,使用双腔探头检测注入流强的方案,并着重研究探头信号的采集处理方法。在上海光源高能输运线上完成的初步束流实验结果表明:注入流强的相对测量精度最好可以达到0.03%,满足储存环注入效率精确测量的要求。