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合肥同步輻射裝置

國家同步輻射實驗室坐落在安徽合肥中國科技大學西校園，是國家計委批准建設的我國第一個國家級實驗室。實驗室建有我國第一台以真空紫外和軟X射線為主的專用同步輻射光源（簡稱「合肥光源」）。其主體設備是一台能量為800MeV、平均流強為300mA的電子儲存環，用一台能量800MeV的電子直線加速器作注入器。

科學背景
同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在做曲線運動時沿軌道切線方向發出的電磁輻射，又叫同步光。它會使粒子失去能量，曾給盧瑟福的類太陽系原子結構模型帶來困難。1947年，它在電子同步加速器中被首次觀察到，因而被命名為同步加速器輻射，簡稱「同步輻射」。

與常規的光源相比，同步輻射有諸多突出的優點。它的頻譜寬闊、連續、平滑(從X射線、紫外、可見光一直延伸到紅外)，利用單色器可從中選取所需的任何波長的光;有很好的方向性，光能集中，亮度比普通光源高千倍至百萬倍以上;同時還具有偏振性、脈衝性的時間結構、高穩定性、高真空的潔淨環境、頻譜可準確計算等優異特性。光是人類認識自然的最基本的工具，同步輻射是唯一的頻譜範圍如此寬闊的優質光源，被廣泛應用於凝聚態物理學、原子和分子物理學、化學、醫學、材料科學、生命科學、環境科學、能源科學、資訊科學技術、超細微加工和輻射計量學等眾多領域。正因如此，同步輻射光源是目前世界上數量最多的大科學裝置，它作為多學科公用實驗平臺，在現代科技發展中的重要地位為科學界所公認。

同步輻射通過光束線從儲存環中匯出，然後憑藉精密的光學元件選取合適的波長和頻寬並適當聚焦後送入實驗站。科研人員在實驗站測量同步輻射與樣品相互作用後的信號(如反射、衍射、散射、透射光譜或樣品原子被光子激發後釋放的電子、離子、螢光等)來研究物質的結構特性，探知微觀世界的奧秘。

概況
合肥同步輻射裝置(簡稱「合肥光源」，HLS)坐落在安徽合肥中國科學技術大學西校園，是我國第一台以真空紫外和軟X射線為主的專用同步輻射光源，其主體設備是一台能量為800MeV、平均流強為300mA的電子儲存環，用一台能量800MeV的電子直線加速器作注入器。HLS由我國第一個國家實驗室--國家同步輻射實驗室負責運行。

建設歷史
20世紀70年代末，中科大率先提出在國內建設電子同步輻射加速器的建議。1983年4月，作為第一個由國家全額投資興建並支持運行的國家實驗室--中科大國家同步輻射實驗室(NSRL)由原國家計委批准立項，其擁有的同步輻射裝置稱為合肥光源(HLS)。
1997年，原國家計委批准「NSRL二期工程」立項，主要內容是在機器主體長期、可靠、穩定運行並大幅提高光源積分流強、亮度和穩定性的基礎上，新建1台波蕩器插入元件，增建8條新光束線和相應的實驗站。該工程是"九五"期間啟動的國家大科學工程之一，二期工程的勝利完成使HLS的運行和實驗研究水準上了一個新臺階。

2009年12月，為向用戶提供更好的實驗條件，中科院和中科大決定共同投資，對HLS進行新一輪重大升級改造。主要內容是新建直線加速器和儲存環，採用先進的加速器物理設計，將HLS提升到准三代光源水準，達到國際同類裝置的先進水準。重大升級改造專案已於2014年12月29日通過中科院組織的工藝驗收。升級改造後的HLS特色更加鮮明，與北京、上海光源形成優勢互補，在真空紫外-軟X射線能區發揮不可替代的作用。
HLS曾榮獲國家科技進步獎一等獎、中科院科技進步獎特等獎和安徽省高校科技進步獎等獎項，為我國基礎研究和國防建設做出了重大貢獻。

裝置現狀
HLS的電子束由電子槍產生，經直線加速器加速達到800MeV的能量，再通過束流輸運管道進入儲存環。儲存環周長66.13m，由多個插入元件、彎轉磁鐵和直線段組成。電子在儲存環中作穩定的迴旋運動，同時發出同步輻射光。

升級改造後，HLS首批建成燃燒、軟X射線成像、原子與分子物理、催化與表面科學和角分辨光電子能譜(ARPES)等5條光束線及實驗站，並將在2015年恢復安裝紅外譜學和顯微成像、質譜、計量、光電子能譜、軟X射線磁性圓二色(MCD)等5個彎鐵光束線和實驗站。此外還為未來發展預留了4條光束線站的空間。

與改造前相比，HLS儲存環束流發射度由160nm.rad大幅降低至38nm.rad;束流軌道穩定性由100μm降低到4μm，接近三代同步輻射光源水準;可用於安裝插入元件的直線節數目由3個增至6個;儲存環上插入元件數目增至5台。改造後的HLS加速器的總體性能和光束線、實驗站的性能較改造前均有顯著提升。

科學研究和開放共用
HLS面向國家戰略需求和前沿基礎科學研究，為國內外眾多學科領域提供獨特的大型綜合交叉研究平臺，重點發展能源高效利用、節能材料、大氣環境、納米科技、量子調控、物質與生命交叉等前沿學科領域的前沿課題研究，同時圍繞電子加速器前沿科學和使用者需求，開展先進光源物理和關鍵技術研究。

通過大科學裝置建設，NSRL建立並發展了具有自身特色的技術研發體系，在國內獨立自主地研發了一系列關鍵技術，形成了系統的技術積累，促進和提升了我國原始創新能力和相關工業領域的技術水準。

NSRL不斷發展同步輻射新技術和新方法，堅持開展光束線站改進和新實驗方法研究，提高自身研究水準;積極宣傳、發展潛在高端用戶，實施特色使用者組織計畫，充分調動國內外同步輻射和多個學科領域的科學家，準確及時地把握同步輻射前沿，做出優秀成果。

自2005年至今，HLS總供束約52000h，接待境內外160多所高校和科研院所的用戶4300多人次，完成了2100多個用戶研究課題以及500多篇博士生論文課題實驗，共發表SCI論文1500多篇，其中一系列重要成果發表在Science、Nature、PNAS、Journal of the American Chemical Society、Physical Review Letters等國際著名雜誌上。

近年來，NSRL瞄準國際前沿和國家需求，凝練科學目標和研究領域，致力於發展同步輻射新方法新技術，著力於發展特色領域的高水準用戶，加強與國際高水準研究團隊的合作，在基礎研究和應用研究方面取得了一系列重大成果，解決了其他平台難於解決的關鍵基礎科學問題。其中包括：低維材料的生長機理和構效關係、氧分子活化晶面效應、氮原子在氮摻雜碳催化材料中的作用、拓撲絕緣體表面態調控、太陽能轉化功能材料研究。

國家自然科學基金委與京港學術交流中心多年來合作舉辦高端科研學術研討會，圍繞前沿領域匯聚中外人才，分享探討相關課題，促進兩地科研發展合作。自2021年9月7日開始，國家重大科研儀器已經面向全世界的科研工作者開放。如欲申請者，請瀏覽網址：https://lssf.cas.cn/。

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