核心提示

　　十九世纪末，爱迪生发明电灯，用电光为人类点亮黑夜。 1895年，伦琴发现了几乎可以穿透一切的x射线，推动了基础学科的革命。二十世纪60年代，梅曼发明了高度平行和高度集中的激光，在光的世界里第三次给我们带来了惊喜。近年来，又一个新发现的光源同步辐射光走进科学家的视野，并开始融入人们的生活。它究竟是一种什么样的光？因为它的出现我们的生活将会发生哪些改变？我国同步辐射光发展水平如何？记者就此采访了专家。

　　被“甩”出来的强光

　　辽宁日报：人类文明的发展与光的利用相生相伴。步入现代社会后，科技发展迅猛，人们对光的探索和利用也更加深入。裴教授，您能为我们简要介绍一下人造光源都经历了哪些发展历程吗？

　　裴元吉：人类对光的探索经历了电光、x光、激光、同步辐射光等几次划时代的大跨越。十九世纪末，爱迪生给人类带来了新光明，他发明的电灯驱散了黑暗，将世界点亮。1895年，德国科学家伦琴发现了x射线，这是人造光源史上的又一个大事件。在近100年的时间里，这种能够穿透一切（除了铅板）的射线大大推动了物理、化学和生物等基础学科的发展。二十世纪60年代，美国科学家梅曼发明了激光。激光束高度平行和高度集中，能够使单位面积上照射的光强增强几百倍或几千倍。科学发现是无止境的，继激光之后，人们又再一次发现了具有划时代意义、比激光优点更多的同步辐射光。

　　辽宁日报：同步辐射光是如何形成的呢？

　　裴元吉：在二十世纪40年代，为揭开物质微观结构的奥秘，人们先后建造了一批粒子加速实验设备，电子同步加速器就是其中的一种。在电子同步加速器中，一团团高能电子束团先被加速到接近光速的速度，再通过强大的磁场来控制其方向，使之沿着环形真空轨道 “跑圈”。电子束团在“跑圈”通过弯道时，会有电磁波沿切线方向被“甩”出来，形成我们所说的同步辐射。

　　业内对同步辐射光的产生曾有一个非常形象的比喻：如果将一块吸饱了水的海绵用绳子拴住，并把它抡起来甩成圆圈，则海绵中的水会沿着圆周切线的方向飞出去。同步辐射产生的电磁波就好像是从绕圈的电子中被“甩”出来的能量。

　　说起来十分具有戏剧性，最初同步辐射并不受高能物理学家欢迎，因为它损耗加速器能量和损害加速器部件，所以被科学家看作一种需要消除的副作用。后来，人们才了解到同步辐射光是不可多得的好东西。

　　辽宁日报：是什么让科学家回心转意的呢？

　　裴元吉：同步辐射光有很多其他光无法企及的优点。我觉得最重要的优点首推它亮度极高 （其亮度比x射线要高100万倍）。用x光机拍摄晶体的原子排列缺陷照片,一般需要一两周的感光时间，而同样的工作换成同步辐射光来做，只需要十几秒或者几分钟，工作效率可以提高几万倍。

　　波长覆盖面大是同步辐射光的另一个优点。比如在医疗领域，辨认病毒细胞、了解病毒蛋白质和DNA组成、观察其螺旋结构的分子组成需要不同波长的光，一般光线都不具备不够广泛的波长范围，而同步辐射光具有从远红外、可见光、紫外直到x射线范围内的连续光谱，因此能够完成各种不同观测任务。

　　同步辐射光几乎是一束平行光，它的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，在这一点上它堪与激光媲美。

　　化学反应或者材料结构变化时常瞬息万变，使用脉冲时间间隔长的光源观测这些过程，难免对细节有所遗漏，而同步辐射光的脉冲间隔可以进行调节，从几十纳秒到微秒级别都有可能。这种特性使得它能够非常有效地帮助人们捕捉微观世界的变化过程。

　　正是同步辐射光这些独特而优异的性能，捕获了科学家们的心。

　　让微观世界纤毫毕现

　　辽宁日报：听了您的讲解，我们感到同步辐射光的确与众不同。看来它的发现对科学界产生了很大的影响。

　　裴元吉：是的。它就像一支火炬，照亮了人类科技未曾探索过的许多领域。生命科学领域是同步辐射光较早的应用平台之一。

　　同步辐射光能清晰拍出过去“隐形”的血管、神经等软组织照片。传统方法诊断可看到几毫米，新光源则能细致到微米。这有助于更早发现病变，提前介入治疗。

　　目前x射线虽能起到很好的成像作用，但因其所含的光线种类较多，且方向相对较散，形成的各种影像重叠在一起，图像比较模糊。而同步辐射光源方向性较强，即便是人体内的毛细血管，也能清晰地拍出来。因此，有了同步辐射光源后，医生若发现病人某部位毛细血管突然增生，就可以有意识地发现肿瘤。另一方面，同步辐射光源较“纯净”，对人体的危害性相对较小。

　　恶性肿瘤是由于细胞核内控制细胞分裂的基因密码变异，失去“关闭”细胞分裂功能，导致病变细胞的无限制增长形成的。利用同步辐射光的微束技术，人们可研究基因密码的变异机制，并寻求诊断和治疗办法。目前国际上已有医药公司在同步辐射光源上建设医学实验站，以期破解人类大部分致病分子的空间结构，并设计出新药，攻克癌症。

　　同步辐射光还被广泛地应用到观察生命现象的研究中。高亮度与脉冲时间结构，是同步辐射光的优秀特性，它们会帮助人们有机会像看电影那样直接观察生物大分子之间相互作用的精细过程。

　　此外，医疗领域要研发新药物，我们要先揭开致病物质的 “庐山真面目”，弄清楚它们的分子及周围分子的三维结构，才能“对症下药”设计出抑制或隔离致病分子的药物分子结构。同步辐射光将大大缩短设计周期，降低设计成本。#p#分页标题#e#

　　辽宁日报：同步辐射光是否还可以被用来研究那些不能组成生命的物质？

　　裴元吉：当然可以。同步辐射光的应用领域非常宽广。比如它的高亮度光束可以清楚地揭示材料中原子的精确构造和有价值的电磁结构参数等信息，这使得它在新材料的研究及开发方面大有作为。

　　自然灾害频发、生态失衡等，很大程度上是环境污染造成的。如果未来在分子尺度上，污染物的形成、迁徙、转换等复杂过程能够被破解，环境面临的威胁将会小得多。同步辐射光洞悉物质微观世界变化的能力，将成为环境污染治理的有力推手。

　　我们知道光合作用使植物产生支持生命的氧气,使太阳能不断转变为各种有用的能源,因此破译光合作用的机制，并将其灵活地运用到生活中，是化学科学的一个前沿目标。在同步光源的帮助下，光合作用期间原子排列和化学键时间演变的关键信息,将逐步呈现在科学家面前。

　　同步辐射光还在凝聚态物理、地球科学、农业等领域表现非凡，所以有人说谁占有了同步辐射光源技术谁就有可能做出更多的一流科技成果。最近十几年，已有好几位科学家因“嫁接”同步辐射光技术与生物研究而获得了诺贝尔奖。

　　科研领域的最佳光源

　　辽宁日报：从被发现到今天在各科研领域开花结果，同步辐射光的发展肯定留下了一个个坚实的脚印吧？

　　裴元吉：是的。同步辐射光发展至今已经经历了三代变革。

　　曾经，第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”。后来，根据同步辐射用户的要求，从偏转磁铁引出同步辐射的专门装置被制造出来，形成第二代同步辐射光源。在看到第二代同步辐射装置的巨大科研价值之后，世界各国政府纷纷支持建造新一代具有更高亮度的第三代同步辐射光源。为此，科学家们将新一代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐射光的亮度大大提高 （亮度比最亮的第二代光源至少高 100倍，比通常实验室用的最好的x光源要亮1亿倍以上），并且从波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光。

　　现在，第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的最佳光源。

　　辽宁日报：我国同步辐射光源技术处于什么样的水平？

　　裴元吉：同步辐射光源是一种可供开展多项研究活动的大科学装置，其建造和运行在很大程度上代表一个国家的综合科技水平。我国继北京第一代同步辐射装置及合肥第二代同步辐射装置之后，上海也建造了以大量应用插入件为主要标志的第三代同步辐射装置。

　　未来，同步辐射装置将成为我国迎接知识经济时代、创立国家知识创新体系的必不可少的国家级大科学装置。同步辐射光研究事业已经成为我国科学界的“希望之光”。

　　辽宁日报：谢谢裴教授的讲解！

　　本报记者／王 亮

　　专家档案

　　裴元吉 国家同步辐射实验室研究员，博士生导师。曾任加速器工程（8348工程）副总工程师、国家同步辐射实验室副主任，中国科学技术大学学位委员会委员、核技术及应用学位点分学位委员会主任、中国粒子加速器学会常务理事、加速器技术委员会主任等。

　　国家同步辐射实验室。