人類文明的發(fā)展，始終與光相伴，光的利用和開發(fā)是人類文明史的一部分。1879年，電燈的發(fā)明照亮了黑夜；1895年，X射線的運用使得我們能夠透視肉眼看不到的世界；20世紀初，更亮更純的激光被用于研究單個原子；1947年，科學家發(fā)現當自由電子做環(huán)形高速運動時會發(fā)射電磁輻射，由此人類再添探索微觀世界的利器。毫不夸張地說，每引出一束光就能照亮一個學科領域里一些不為人知的“陰影”和“角落”。迅速發(fā)展的同步輻射，更是憑借其無可比擬的優(yōu)異特性，成為研究者們進一步探索物質世界的“眼睛”。
宏觀的世界有多大？人類對宏觀世界的探索從未停止，目前距離地球最遠的人類探測器是“旅行者1號”，距離地球約125天文單位（地球到太陽距離為1天文單位，約1.5億km），“旅行者1號”至今仍然高速地在宇宙中航行。微觀世界到底有多??？如今已經探測到質子內部夸克尺度至10?20m，但仍然沒有探索到微觀世界的“底”。近年來，我國自主研發(fā)的高科技裝置不勝枚舉，從看向宇宙深處的中國“天眼”，到再創(chuàng)中國深度的“蛟龍?zhí)枴保瑯O大鼓舞了我國科技興國的信心。
人類在這個世界上有兩個目的：認識世界和改造世界。前者以后者為目的，共同目的是促進人類的生存和發(fā)展。人類是怎樣認識自然世界的呢？主要是靠我們的視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、味覺，但最基本的，就是用眼睛觀察世界。1608年望遠鏡的發(fā)明，讓人類把視野拓展到廣袤的宇宙。1671年顯微鏡的發(fā)明，讓人類看到了肉眼無法看見的微生物世界。但是這些都還只是局限在可見光的范圍。1895年，X射線的發(fā)現把人類對世界的認識拓展到微觀世界，至此人類對物質結構的認識深入到原子水平。
20世紀20年代，加速器的發(fā)明，開啟了人類用高能粒子來研究微觀世界的時代。加速器通過電磁場使帶電粒子加速，其獲得的能量和加速長度成正比。而為了獲得更高能量的粒子，需要不斷增加加速器的長度，由此科學家發(fā)明了環(huán)形回旋加速器。由于被加速粒子質量和能量之間的制約，傳統(tǒng)的回旋加速器無法得到較高能量的粒子。為此，科學家們進一步研發(fā)出了同步回旋加速器，其磁場強度與粒子能量呈正相關，粒子回旋頻率與高頻加速電場同步，突破了傳統(tǒng)回旋加速器的能量限制，在此基礎上又進一步發(fā)展了同步加速器技術，以實現更高能量的粒子加速。但是高能粒子在閉合的環(huán)形加速器中運動時，當運動方向改變時，會在切線方向發(fā)出輻射，造成能量損失。在同步加速器上，第一次實驗觀察到引起加速粒子能量損失的輻射，這種輻射被稱為“同步輻射”（圖1）。
同步輻射是指速度接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿切線方向發(fā)射出的電磁輻射，它的光譜很寬，可以覆蓋從紅外、紫外、軟X射線到硬X射線的光譜范圍，為眾多基礎科學領域和應用研究提供先進手段。從此人類對世界的探索，在空間上拓展到原子與分子尺度，在時間上拓展到納秒、皮秒或飛秒尺度。通過同步輻射光源，我們能夠看到以前難以觀察的物質內部結構以及變化過程。同步輻射光源是基于同步加速器的裝置，其主要組成部分包括：注入器、儲存環(huán)、光束線、實驗站。同步輻射光源被稱為高品質的巨型X射線機和超級顯微鏡，具有高亮度、高準直性以及波長可調等不可替代的優(yōu)點，是支撐眾多學科前沿基礎研究與高新技術研發(fā)不可或缺的實驗平臺（圖2）。
隨著科學技術的發(fā)展和應用需求的增加，世界各國對同步輻射光源的發(fā)展建設都很重視，目前同步輻射光源已經發(fā)展至第四代：第一代是寄生在高能物理裝置上的兼用裝置；第二代是專門設計、用于同步輻射應用的專用光源；第三代是低發(fā)射度、大量采用插入件的專用光源；第四代則是以衍射極限儲存環(huán)為發(fā)展方向的新一代光源，將進一步降低發(fā)射度，以提高光源的亮度和相干性（圖3）。
從20世紀70年代開始，我國完成了三代光源的發(fā)展，分別是北京同步輻射裝置（第一代）、合肥同步輻射光源（第二代）和上海同步輻射光源（第三代）。與第三代同步輻射光源相比，第四代同步輻射光源的亮度要高出100～1000倍。第四代同步輻射光源可以讓我們更清楚地了解物質的內部結構，這對材料科學和生命科學的發(fā)展具有重要作用。
同步輻射早已走出實驗室，在實際應用的各個領域大放異彩。如今，同步輻射光源已成為尖端科學研究及工業(yè)應用不可或缺的實驗利器，可廣泛用于材料、生物、醫(yī)藥、物理、化學、地質等領域。近幾十年，有五屆諾貝爾化學獎獲得者，他們的研究成果直接用到了同步輻射光源。1997年，約翰·沃克（John E.Walker）利用同步輻射光源，解析出三磷酸腺苷蛋白的結構，因而獲得諾貝爾化學獎。進入21世紀之后，對同步輻射光源的利用更加普遍，在同步輻射光源的輔助下，蛋白質晶體學領域還獲得了2003年、2006年、2009年、2012年的諾貝爾化學獎（圖4）。
在這個時期，得益于先進第三代同步輻射光源—上海光源的建設與運行，我國同步輻射應用發(fā)展也進入了快車道，無論是同步輻射用戶群體的急速壯大，還是大批高水平應用成果的產出，都已成為新世紀我國科技大發(fā)展的靚麗標志與縮影。發(fā)現外爾費米子、實現甲烷綠色高效轉化、解析轉錄激活效應蛋白特異性識別DNA的結構基礎、解析首例人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的晶體結構、揭示禽流感病毒H7N9感染傳播機制等一批具有重大國際影響的成果問世，推動了諸多學科研究領域進入國際最前沿。助推自主研發(fā)的抗癌新藥澤布替尼成功上市、攻克高性能纖維制備關鍵工藝問題，則是先進光源直接服務于高技術與新興產業(yè)發(fā)展的經典案例。2019年年底，一場突如其來的新冠肺炎疫情徹底打亂了人們的工作與生活節(jié)奏，除了切斷傳染途徑、控制病毒傳播、對癥治療病人之外，弄清新冠病毒結構，厘清進入人體細胞的機制也至關重要，這對盡快發(fā)明阻斷病毒進入人體細胞的抑制劑和疫苗具有極為重要的意義。中國率先解析了新冠病毒主蛋白酶結構、揭示了S蛋白及入侵機制等一系列研究成果，為抗體、特效藥及疫苗研發(fā)提供了關鍵信息，為我國成功抗擊新冠肺炎疫情做出了重要貢獻。同步輻射應用領域是如此廣泛，我們無意在此列出一張長長的卻仍然是掛一漏萬的重大成果清單。過去十多年，我國在同步輻射光源上積累的光源建設經驗與應用研究工作，在部分領域已躋身國際最先進水平之列，奠定了我國在同步輻射領域可與國際先進水平競爭發(fā)展的良好局面。
同步輻射光源正在經歷從第三代到第四代的跨越。第四代同步輻射光源是基于衍射極限儲存環(huán)技術，亮度將比第三代光源提高幾百倍以上，相干性更好，對世界科技變革的影響難以估量，已成為當前國際競爭的熱點。高亮度光源發(fā)展的另一條技術路徑—自由電子激光的發(fā)展，使得人類能夠在原子分子水平上動態(tài)認識世界。自由電子激光的原理是通過自由電子和光輻射的相互作用，電子將能量轉送給輻射而使輻射強度增大。自由電子激光的發(fā)展將為多學科提供高分辨成像、超快過程探索、先進結構解析等尖端研究手段，必將有效推動諸多學科領域的基礎和應用研究的發(fā)展（圖5）。
我國已開啟建設第四代同步輻射光源的新征程，2019年6 月在北京懷柔啟動建造了我國首臺高能同步輻射光源，建成后將成為世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一的高能同步輻射光源。目前我國多個地區(qū)提出建設的第四代同步輻射光源包括：武漢光源、深圳光源、南方光源、重慶光源等。其中，武漢光源提出產業(yè)應用與科學研究并重、當前需求與未來發(fā)展并重，促進科教研產深度融合的應用目標。武漢光源采用雙環(huán)設計，低能環(huán)以產業(yè)應用為主，兼顧相關領域科研需求。中能環(huán)主要瞄準多學科前沿領域應用研究以及工程材料、芯片檢測、能源催化、生物醫(yī)藥等產業(yè)應用研究。武漢光源的建設將在推進中部地區(qū)打造世界級大型多學科研究平臺、助力中部崛起與發(fā)展等方面發(fā)揮不可替代的關鍵作用。
（文章來源：科學出版社）
合肥原位科技有限公司致力于以原位技術為核心，開發(fā)各類原位反應裝置，其中同步輻射原位裝置系列如下，如有需求歡迎電聯：
1、多相光（電）催化原位XAFS反應池
主要用于光催化、電催化、光電催化反應過程中的原位XAFS數據采集。該反應池集合光、電燈多外場條件，可進行液相、氣相和固相等多相催化反應，包括典型的光（電）催化降解VOCS、分解水、還原CO2、固氮等。
2、高溫高壓XAFS反應池
高溫高壓XAFS反應池可配合合肥同步輻射/北京高能所/上海光源線站使用，能夠實現樣品在高溫高壓環(huán)境下的原位XAFS在線測試。測試模式為透射模式和掠入模式。
