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欧洲同步辐射加速器

作者:转载     发布时间:2010-3-18 点击数:5534
地球是由什么组成的?生命的过程是怎样的?如何解释材料的性质和设计新材料?人类是否有能力与病毒、自然灾害和污染作斗争?
                回答这些问题,需要对物质内部结构进行深层次的了解。同步辐射光源使人们得以探索物质的细微结构。比如,2002年法国科学家通过对拿破仑不同年代头发成份的分析确定,拿破仑是正常病死,而不是像传说所言被砒霜毒死。为分析拿破仑头发中的微量元素含量,法国科学家动用了欧洲同步辐射加速器。
                       
         欧洲同步辐射加速器(左图)位于法国东南城市格勒诺贝尔,是世界上首座第三代同步辐射加速器。它所在的位置可谓山清水秀、得天独厚。格勒诺贝尔市是法国重要的科研和高技术工业城市,是阿尔卑斯山的“大门”,流经该市的两条大河在西北郊汇合,欧洲同步加速器就驻扎在这两条河之间的“半岛”上。
         

            

格勒诺布尔市人口包括郊区约40万。1968年,第十届冬季奥运会在此举行。工业、教科和旅游业格勒诺布尔市的三大经济支柱它的电子和计算机工业具有相当规模,号称“法国硅谷

             
        同步加速器属于大型科研设备,建造、运行的投资都很高。欧洲12个国家于1988年达成协议,共同投资建造第三代同步辐射加速器,共耗资2.2亿法郎。该加速器于1994年开始启用,电子束能量为60亿电子伏特,为欧洲乃至世界的科学研究以及工业研究,提供了强有力的科研手段。每年申请前来利用同步辐射进行各种应用科学研究的科学家多达6000人,但只有2000人获准。
        欧洲同步加速器主要由一个线性加速器(右图)、周长300米的同步加速器和周长844米的电子束储存环组成,被加速的电子束在储存环中经过磁结构谐振器的振荡,发出大量高精度的光束。该加速器的输出光线初建时有12条,现在发展到40(左图),每年来自世界40多个国家的研究人员使用该设备提供的高质量光源,研究物质的原子、分子结构。特别令这里的专家们自豪的是,它是世界上性能最可靠的一台加速器,运行至今从未发生过故障,成为世界上性能最好、用户最多、科研人员借助它出成果最多,即发表研究论文最多的X射线辐射光源。
         第三代同步辐射加速器不仅是基础科研必需的大型科研设备,而且具有极强的应用科研背景,其建设对一个大国的科研和经济发展都具有良好的推动作用:在项目的建设中,科技人员与工业技术人员密切配合,攻克建造中的难关,不仅推动了技术的进步,而且刺激了经济的发展;建成以后,科学和工业界均得益——物理学、化学、地质科学、材料科学等学科有了重要的研究工具;工业界也利用这里实验室复制工业生产环境的能力,研究产品性能、提高产品质量。
        在美国,许多大企业甚至积极参与同步辐射加速器建设的投资,或者长年租用光束线开展实验。欧洲的情况比美国差一些,但是也有很多制药、化妆品、食品、建筑、冶金、微电子等行业的大企业申请到这里来做实验,如阿旺第斯制药公司、欧莱雅化妆品公司等。
        目前,欧洲同步辐射加速器每年的运行费用是7000万欧元,投资来源是17个欧洲国家、欧盟的一些研究项目经费、以及企业实验投资。每年在加速器上做实验的项目有5000多个,实验室聘请实验室以外、来自世界各地的专家每年两次对申请项目进行评审、筛选。
        项目一旦入选,加速器运行费投资国的专家到这里做实验的所有费用,包括国际旅费、在格勒诺贝尔的吃、住、行以及实验费用都由实验室提供;投资国以外国家的专家则仅可以免费在这里做实验。“免费”的前提是,实验结果论文必须公开发表。因此,世界上50多台同步加速器,这里是发表论文最多的地方。企业也可申请在这里做实验,但因为结果是保密的,所以必须付费。
        科学家在这里取得了许多重要成果,如:用同步辐射衍射光对纳米技术、特别是光电子技术发展有潜在应用价值的、物质表面晶体生长过程中产生的纳米级量子阱的体积(基底宽度、高度)的测量;用缩微同步辐射光束研究在常温、常压下合成具有溶水性和极好的韧性及强度的蜘蛛网丝的组成结构;用同步辐射的高亮度光束研究酵母锯蛋白的结晶体结构,以更好地了解导致人类克雅氏病、疯牛病的锯蛋白的原子机理;用同步辐射X成像技术研究雪花的三维多孔结构,以发展预测雪崩的技术;多孔的沸石在工业中应用非常广泛,可用于过滤垃圾、精炼溶剂或清洗剂,石油工业对它能够激发催化反应的特性尤其感兴趣——在其小孔中加入碳水化合物分子,沸石就成为具有选择性的化学反应机器,微电子工业则认为它能够孤立“量子”纳米粒子的能力非常有用,高质量的同步辐射光使科学家能够精确地了解活性区域的位置和运转情况……
          欧洲同步加速器(左图)是全球三大第三代同步辐射光源中心之一,其他两家是美国的APS(中图)和日本的Spring-8(右图)
         至今为止,世界上90%的生物大分子结构是通过这种同步辐射光了解的。因此,在目前非常红火的功能蛋白学研究中,欧洲同步辐射加速器有着非常重要的作用。从2003年开始,欧洲同步加速器与其毗邻的,欧洲分子生物学实验室(EMBL)(以研究生物分子结构见长)、洛.兰仕凡研究所(ILL)(世界最重要的中子源产生地)、结构生物学研究所(法国最著名的结构生物学研究所之一,专家来自法国国家科研中心和原子能委员会)一起,结成结构生物学研究伙伴,专门研究用于医学目的的蛋白结构。

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