中国科技大学国家同步辐射实验室
概述
国家同步辐射实验室（ NSRL）坐落在安徽合肥中国科技大学西校园中，这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。实验室拥有的同步辐射光源是目前国内高校中唯一一台大科学装置和国家级实验研究平台。
国家同步辐射实验室建有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源。其主体设备是一台能量为800MeV、平均流强为100~300mA的电子储存环，用一台能量200MeV的电子直线加速器作注入器。来自储存环弯铁和扭摆磁铁的同步辐射特征波长分别为2.4nm和0.5nm。
国家同步辐射实验室一期工程1984年11月20日破土动工，1989年建成出光，1991年12月通过国家验收，总投资8,040万元人民币。1999年国家又投资11,800万元人民币进行国家同步辐射实验室二期工程建设，2004年12月二期工程通过国家验收。
同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异的新型光源，可应用于物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、力学、地学、医学、药学、农学、环境保护、计量科学、光刻和超微细加工等众多基础研究和应用研究领域。
国家同步辐射实验室现建有X射线光刻、红外与远红外、高空间分辨X射线成像、X射线衍射与散射、扩展X光吸收精细结构、燃烧、X射线显微术、原子与分子物理、真空紫外分析、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量等15条光束线和相应的实验站。
国家同步辐射实验室是向国内外用户开放的国家级共用实验室，现有注册用户150余家。
历史进程预研制阶段（1977～1981）20世纪70年代末，中国科学技术大学在国内率先提出建设电子同步辐射加速器。1977年同步辐射装置的建造列入全国科学技术发展规划。1978年春中科院决定成立以中国科学技术大学为主的同步辐射加速器筹备组，并于当年三月在合肥召开了第一次筹备工作会议，讨论了我国建造电子同步辐射加速器的初步方案，象征着我国同步辐射事业的正式启动。
在随后几年的预研制过程中，工程人员制成了一段30MeV的电子直线加速器、一块弯转磁铁、一块四极磁铁及一个储存环的超高真空系统，以及物理设计，取得了良好的结果和第一手的经验，为后面的工程打下了坚实的基础。1981年10月，中科院在合肥召开了“合肥同步辐射装置预研制及物理设计审定会”，会议认为“合肥同步辐射装置已基本进入工程的条件”。国家同步辐射实验立项建设（1983～1991）1983年，国家计委以计科【1983】470号文《关于建设国家同步辐射实验室的复函》批准了在中国科学技术大学筹备国家同步辐射实验室，国家同步辐射实验室正式立项。这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。1984年，国家计委以计科（外）【1984】2033号文《关于合肥同步辐射实验室扩初设计的批复》批准了该工程的主体工程建设规模为建造一台能量为8亿电子伏的同步辐射光源及相应的实验设施，总投资5990万元（含350万美元），并列入按合理工期组织施工的国家重点项目。
国家计委批准的国家同步辐射实验室扩初设计中确定了电子储存环的能量为800MeV、平均流强为100～300mA，用一台能量为200MeV、脉冲流强为50mA的电子直线加速器作为注入器。并明确与加速器建设的同时，建造5条光束线及5个实验站，它们分别是：光电子能谱光束线实验站、分时光谱光束线实验站、软X射线显微术光束线实验站、X射线光刻光束线实验站。
1988年，国家同步辐射实验室的土建工程基本完工；1989年3月加速器的所有部件都已安装就位并经过局部和分系统的调试，同年4月开始联调，25日开始注入储存环，仅经过23小时便得到第一个储存束流；1989年光束线实验站开始安装，1991年8月完成所有光束线实验站的安装调试工作，同年9月开始用同步光进行调试，并开展实验研究工作。
1991年12月22日至23日，由国家科委组织，王淦昌任主任的鉴定委员会对合肥同步辐射加速器及光束线实验站进行技术鉴定。鉴定委员会认为“由我国自行设计、研制建成的合肥同步辐射加速器的主要性能指标已达到国际上同类加速器的先进水平，已建成的五条同步辐射光束线和五个实验站的主要性能指标已基本达到国际水平”。
1991年12月26日，国家同步辐射实验室工程顺利通过了国家计委组织的国家验收。“国家验收委员会高度评价国家同步辐射实验室工程的建设者们在全国有关工厂、研究所及院校的大力协同和支持下，团结一致、坚忍不拔，发扬了艰苦奋斗、自力更生、少花钱多办事的精神，圆满地完成了工程建设任务。”二期工程建设（1998年～2004年）1994年2月由钱临照、唐孝威两位院士发起，王淦昌、谢希德、谢家麟、冯端、卢嘉锡等34位院士联合向有关部门提出《关于集中力量全面建设、充分利用合肥国家同步辐射光源的建议》，中国科技大学也正式向国家有关部门提出建造国家同步辐射实验室二期工程(以下简称二期工程)的申请。
1996年，国家科技领导小组批准二期工程作为“九五”的首批国家重大科学工程项目之一启动。国家计委分别以计科技[1997]557号文和1503号文对二期工程项目建议书和可行性研究报告批复中国科学院，同意以中国科技大学为依托建设“国家同步辐射实验室二期工程”国家重大科学工程项目，总投资11,800万元人民币。1999年4月15日，国家发展计划委员会以计投资〔1999〕416号文《国家计委关于国家同步辐射实验室二期工程开工建设的批复》同意二期工程开工建设。
二期工程的技术目标是：在充分保证机器主体长期、可靠、稳定运行，大幅度提高光源积分流强、亮度和稳定性的基础上，新建1台波荡器插入元件，增建8条新光束线和相应8个实验站。竣工后，合肥光源的潜力得到更充分的发挥，将作为性能优秀、稳定可靠、部分指标相当先进的中低能区同步辐射光源，长期处于国际上同类装置的一流水平。
2003年11月，合肥光源首次满能量储存300mA束流；2004年3月～5月，中科院组织专家组对加速器、光束线的大多数项目进行测试。同年5月，中科院组织对工程进行工艺鉴定。
2004年12月14日，国家发展和改革委员会委托中国科学院对二期工程进行国家验收。国家验收委员会认为：“国家同步辐射实验室通过二期工程建设，提高了装置技术水平，扩大了实验应用领域，基本完成了国家发展和改革委员会（原国家计委）批准的建设目标。国家验收委员会一致同意二期工程通过国家验收。”
装置介绍加速器系统合肥同步辐射光源是由一台能量为800MeV的电子储存环和一台能量为200MeV的电子直线加速器组成的，800MeV电子储存环为光源的主体设备，200MeV电子直线加速器为注入器。
直线加速器主要由预注入器、四个六米均匀加速区段、五个束测段、微波功率源及其波导传输系统、真空系统、横向聚焦元件、水冷系统、控制系统等组成。
200MeV直线加速器主要参数表参数名称
设计值
已达到值
电子能量
200MeV
200MeV
束流强度
50mA
80.6mA
束流脉宽
0.2~1.0μs
0.2~1.0μs
束流能谱
1.0%
<0.8%
速调管输出功率
15MW
15MW
速调管数
5
5
微波频率
2856MHz
2856.04MHz
工作模式
2π/3
2π/3
加速结构
常阻抗
常阻抗
填充时间
0.83μs
0.83μs
微波电场强度
120kV/cm
120kV/cm
场衰减常数
α=0.178/m
α=0.178/m
加速管长度
35.128m
35.128m
加速管真空
5×10-7torr (NB) <1×10-8torr
1×10-6torr (B) <5x10-8torr
作为同步辐射光源的电子储存环有12块弯转磁铁，共24个同步光出光口，全环有4个3.36米长的长直线节，用于安装注入、高频和插入元件。全环周长为66米，4个周期，每周期有3块弯铁，8块四极铁。
储存环主要参数表储存电子能量
800MeV
循环束流流强
100~300mA
循环电子数目
1.38×1011~4.14×1011
辐射损失能量
16.31keV
总辐射功率
1.63~4.89kW
辐射特征波长
24Å
聚焦结构类型
TBA, 分离作用强聚焦
平均轨道半径
10.525m
弯铁弯转角度
300
弯铁曲率半径
2.2221m
电子回旋频率
4.533MHz
高频频率
204.0MHz
谐波数
45
高频电压峰值
100kV
同步相角
170.60
同步振荡频率
28.0kHz
辐射衰减常数（x）
（y）
(z)
21.15ms
21.65ms
10.95ms
真空室横向尺寸
80×40mm
为了满足不同用户的需要，储存环的聚焦结构具有多种运行方式:GPLS、HBLS，它们是用改变四极磁铁的聚焦强度以及极性来实现的。其中通用光源(GPLS)运行方式已经调试成功，可供用户使用。高亮度光源(HBLS)模式正在准备之中。通用光源的特点是具有适中的束流尺寸、中等亮度和较长的束流寿命，适合于大多数物理、化学、生物等领域的用户使用。高亮度光源是一种低发射度的运行模式。四极铁的聚焦强度很强、束流截面尺寸很小、亮度很高，它可以用于那些要求高空间分辨率的实验和计量标准。 目前，光源运行在多束团模式，即光脉冲间隔约为5ns，为适应分时光谱用户的需要，该机器还可以工作在单束团模式，即光脉冲间隔为220ns. 为了满足某些硬X射线实验的需要，一个6T的超导扭摆磁将安装在一个长直线节。弯转磁铁的同步辐射特征波长为 24埃，超导扭摆磁铁的同步辐射特征波长为4.8埃，它们的亮度曲线如右图所示。 我部在岗人员60人，下设：机器物理组、脉冲高压组、微波高频组、电源组、控制系统组、束流测量组、真空机械组、电子学组、辐射防护组、热工水冷组、超导Wiggler组等。此外在211工程经费的支持下新建成了“插入元件及自由电子激光研究实验室”和“微波高频加速结构研究实验室”。实验线站介绍
实验部下设四个运行组和一个技术支持组。主要负责15个线站的运行开放和线站的改造工作，并协助用户完成同步辐射实验研究工作，同时开展实验技术方法以及少量的同步辐射应用研究。
国家同步辐射实验室通过一期和二期工程的建设，现有光刻、红外与远红外、高空间分辨X射线成像、X射线衍射与散射、扩展X光吸收精细结构、燃烧、X射线显微术、原子与分子物理、真空紫外分析、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量共15条实验站投入运行并面向国内外用户开放。
其中扩展X光吸收精细结构、X射线衍射与散射和LIGA光源来自插入件--6万高斯超导磁铁扭摆器，原子与分子物理的光源来自插入件--波荡器。 可参阅“同步辐射实验站总体分布图[1]”。
机构设置国家同步辐射实验室理事会：
理 事 长：何多慧
副理事长：王东进
成 员：何多慧 王东进 裴元吉 张允武 刘祖平 付绍军 盛六四
国家同步辐射实验室主任：
主 任：吴自玉
院 士：何多慧
副 主 任：董赛李为民田扬超
办 公 室：
主 任：董赛〔兼〕
副主任：刘绍义
副主任：余 芹
加 速 器 部：
主 任：李为民〔兼〕
副主任：徐宏亮
副主任：王 琳
实 验 部：
主 任：田扬超〔兼〕
副主任：张国斌
副主任：齐 飞
通用技术部：
部 长：曾翔
国家同步辐射实验室 用户专家委员会（2005年8月5日）：
主任：杨学明（中科院大连化物所）
副主任：吴自玉（中科院高能所） 周兴江（中科院物理所） 封东来（复旦大学）
秘书长：高琛（国家同步辐射实验室）
委 员：（排名不分先后）
包信和周兴江封东来梁宏斌叶甜春麦振洪陆坤权张新夷李海洋
汪芒李宏年王占山张为俊吴小山龚为民吴自玉何建华杨学明
唐元洪滕脉坤尹民俞书宏高琛盛六四田扬超齐飞韦世强
张国斌徐法强
中国科大国家同步辐射实验室 分学术委员会：
主 任：高琛
副主任：贾启卡
委 员：何多慧盛六四刘祖平付绍军李为民田杨超韦世强齐 飞孙葆根
中国科大国家同步辐射实验室 分学位委员会：
主 任：刘祖平
副主任：韦世强
委 员：何多慧盛六四徐彭寿李为民田杨超齐 飞王相綦贾启卡徐朝银