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瑞士同步辐射光源(SLS)
时间 : 2011-06-10     

瑞士同步辐射光源SLS


科学政策的里程碑 / SLS的特点 / 加速器 / 研究主题 / 光束线


科学政策的里程碑

瑞士同步辐射光源SLS(Swiss Light Source)属第三代同步辐射光源,位于瑞士保罗谢尔研究所PSI(Paul Scherrer Institute)。

 

SLS鸟瞰

 

SLS的设计优先考虑的是初级电子束和次级光子束的高亮度、宽波段和稳定的温度条件。SLS的主要组成部分是能量为2.4电子伏特的电子储存环(周长288米)。 它提供了高亮度光子束用于材料科学、生物学和化学研究。

SLS的建造是瑞士科学政策的一个里程碑,也是PSI多学科研究发展和研究设施互补的标志。SLS与散裂中子源SINQ、来自质子回旋加速器的高强介子束流组合,用于多样性的探索。也使研究范围从生物学结构研究、物理、化学和材料科学扩展到纳米技术和X射线光刻等新的范围。

SLS的最初设想在1990年开始酝酿,1993年首次提出项目建议,1996年得到瑞士政府批准。1998年开工建设,仅仅一年之后就开始了机器设备的安装。直线加速器从2000年2月开始调束,年底时储存环已经出束。至2001年6月,加速器电流达到了400毫安的设计指标,一个月后,就在蛋白质晶体学光束线上测到了第一个样品的衍射图。SLS的调试成为典范,保证了新光源按时按预算完成。

SLS的设计采用了特殊的技巧使产生射线的能量达到与欧洲同步辐射装置ESRF(European Synochrotron Radiation Facility)相同的功能,现有的增加X射线密度和扩大波长范围的波荡器技术发挥到了极限。尽管SLS储存环的周长只有288米,可产生的电子束能量达到了2.4 GeV,成本只有8900万美元,比ESRF建设成本的三分之一还要少。

SLS光束线和实验设施的建设大大受益于来自世界各地同步光源的合作,2001年8月前,70%的可用光速线向一些选定的用户供光,2001年10月19日SLS举行了落成典礼。在向80个用户群体供光之前,试运行直至2001年年底。

 

SLS的特点

SLS为先进的第三代光源,性能超过了低能国家光源,并能在硬X射线范围覆盖高能光源。它的性能优化为在真空紫外到软X射线范围产生最高亮度的光。

¨光谱范围非常大,从红外光到硬X射线;

¨直线节的混合(短、中、长),可用最理想的波荡器;

¨波荡器有灵活的偏振方案,在kHz范围可迅速进行偏振的变化;

¨采用Top-up注入,实验束流强度恒定;

¨分别控制磁体电源,储存环的光学性能具有最佳灵活性。

 

SLS的加速器

SLS的加速器有三个主要组成部分:两级加速包括一个100MeV的电子直线加速器,一个将电子加速到2.4GeV能量的同步增强器,还有周长288米的储存环。大约只需要3分钟就可在储存环中达到400毫安的电流设计值。每个环的半径是相似的,它们在同一个屏蔽的隧道中。储存环是一个有12节装有扭摆器和波荡器的直线段组成的多边形,加上环中的弯转磁铁,产生同步辐射光谱源。

 

SLS示意图

SLS的直线加速器

SLS的增强器

SLS的储存环

 

SLS的研究主题

¨蛋白质的晶体结构,对新药物开发和了解人类基因组十分重要;

¨表面的磁特性,与压缩磁性数据存储系统密切相关;

¨低摩擦表面;

¨表面催化;

¨太阳能电池;

¨高温超导体;

¨新材料或能源相关的环境问题;

¨表面高分辨率显微检查;

¨表面微小污染物追踪;

¨原子光谱分析;

¨生物材料的三维成像(微断层扫描);

¨矿物学、化学、催化等晶体结构测定。

 

SLS的光束线

至2009年6月,SLS建有18个实验站(插入件和弯曲磁铁)和16条运行的光束线。有三条蛋白质晶体学光束线,其中两条由诺华、罗氏等制药公司资助部分经费。

 

SLS光束线分布示意图

2.9T场强的弯转磁铁

19毫米周期的真空内混合型波荡器

12S真空内波荡器

11M椭圆双波荡器

 

SLS实验大厅

ADRESS线(共振光谱)

MS线(材料科学)

PXIII线(大分子结晶)

XTreme线(X射线吸收谱)

XIL线(X射线干涉光刻)

SIM线(显微镜)

 

中国科学院大科学装置办公室  资料来自http://www.psi.ch/media/swiss-light-source-sls