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多學科研究中心簡介
 

高能所多學科研究中心成立于2006年,由原來的同步輻射室、核分析室、自由電子激光室合并組成。它擁有的對社會開放的大型科學研究平臺包括依托北京正負電子對撞機的北京同步輻射裝置(BSRF)、強流慢正電子源裝置、北京自由電子激光裝置(BFEL)等。多學科研究中心負責這些裝置的運行、維護、改進和對外開放,同時積極開展依托這些大科學研究平臺和核技術為特色的多學科交叉前沿領域的研究和應用。

高能所的發展目標是建成具有世界先進水平的、多學科、對國內外開放的、大型綜合性研究基地。成立多學科研究中心的目的就是利用高能所先進的先進的射線技術、射線應用技術及核分析技術,,建立對國內外開放的多學科研究平臺,開展凝聚態物理、化學、生物、材料、環境等方面的研究。

?北京同步輻射裝置(BSRF

同步輻射是加速器中接近光速運動的電子在運動方向改變時所發射的電磁波,具有強度高,準直性好,能量范圍廣(從深紫外到硬X光)等優異特性,成為一種研究物質結構和電子結構的高性能光源。自上個世紀70年代以來,歐洲、美國、日本等發達國家紛紛建立了同步輻射裝置,為多個學科的的交叉前沿研究提供先進的大型研究平臺。所有的同步輻射裝置都是以國家實驗室的形式運作,一方面為本國甚至全世界的科學研究提供實驗條件,一方面開展新型的實驗技術、探測器技術等研究,成為多學科研究的中心。

北京同步輻射裝置建成于1991年,經過兩次升級改造,性能大幅度提高,是目前中國大陸唯一運行的硬X射線同步輻射裝置。在近20年的開放過程中,為我國凝聚態物理、化學化工、生命科學、材料科學和環境科學的研究提供了一個堅實的實驗平臺,并且取得了一系列研究成果。北京正負電子對撞機重大改造工程完成后,同步輻射專用光運行的能量提高到2.5GeV,流強達到250毫安,用戶急需的硬X強度將增加一個數量級,穩定性大幅度提高,多數光束線站能實現兼用光運行。

目前BSRF建有3個實驗大廳,共有5個插入件,14條光束線和實驗站。其研究領域涵蓋了物理、納米科學、材料科學、化學化工、生命科學、資源環境、醫學等,每年為國內外用戶提供不少于3個月的同步輻射專用光運行,部分光束線和實驗站能在北京正負電子對撞機進行對撞物理運行時提供兼用光。每年有來自國內外的100多個研究機構和大學1000多名用戶來BSRF進行300多個的實驗。BSRF是國家納米中心的協作實驗室。

同時BSRF也開展具有特色的研究工作,如蛋白質晶體學、納米材料、X射線相位襯度成像等研究,并積極推動同步輻射實驗技術、實驗方法和應用的發展和研究。

BSRF與國內外的同步輻射光源建立了廣泛的合作研究與交流,并在BSRF停機期間為部分用戶在國外同步輻射光源安排用光時間。

BSRF的光束線和實驗站分布

用戶研究領域分布

BSRF2003年建設成功了我國第一條基于多波長反常散射方法的生物大分子晶體學光束線和實驗站, 2006年第二條新的生物大分子晶體學實驗站也建成并投入運行。這兩條光束線和實驗站為我國結構生物學研究提供了可靠的實驗基地,在3年的運行中,來自全國的蛋白質晶體學研究組一共向國際蛋白質數據庫(PDB)提交了近50個結構,其中一些是具有重要生物學意義的蛋白質結構,如SARS病毒主蛋白酶及抑制劑復合物結構,高等植物捕光天線復合物LHCII,細菌效應蛋白AvrPto和植物中對應的抗性蛋白Pto的復合物結構等。

       

       

菠菜捕光膜蛋白3d結構

發現了第三種光合作用膜蛋白結構,它的部分衍射數據是在BSRF獲得的。

 

SARS病毒主蛋白酶3CLMpro及抑制劑的復合作用,是SARS病毒中最重要的蛋白質之一,

SARS病毒整個生命周期中起著關鍵的調控作用,是藥物設計專家特別關注的靶蛋白。

BSRF與北京大學生命科學學院、中科院微生物所開展合作,進行了枯草桿菌結構基因組、微生物硝基氧化酶的結構和功能等研究,在結構解析方法、蛋白質結構和功能研究方面取得了一系列的成果。

BSRF開展了同步輻射相位襯度成像的研究,建立了國內第一個完善的相位襯度成像及CT研究平臺,在CT重建理論等方面取得了重要的進展,并將成像研究的成果應用到古生物研究方面,揭示了古生物進化的重大問題。

對貴州甕安前寒武紀具極葉結構的磷酸鹽巖化胚胎化石三維無損傷研究,

成功獲得了古化石樣品細小的(0.1~0.7mm) 內部空間的高分辨結構

BSRF建立了一套先進的高溫高壓實驗平臺,能夠達到100萬大氣壓,7000K的高溫高壓條件,為研究極端條件下的物質結構提供了有力的支持,這些研究是地球物理、新材料等領域新近發展起來的前沿。

 

? 中國科學院核分析技術重點實驗室

中國科學院核分析技術重點實驗室成立于1990年,是與上海應用物理所聯合建立的,在科學院組織的歷次重點實驗室評估中均得到很高評價。實驗室旨在在若干科學前沿和具有廣泛應用前景的科學領域內更好地為國內外科學家創造條件、開展國內外學術交流和合作研究、培養人才,促進我國核分析技術及應用研究的發展。

文本框:  
白春禮常務副院長和陳和生所長為“國家納米科學中心—高能物理研究所納米生物效應與安全性聯合實驗室”揭牌
 
趙宇亮研究院應邀主編了。世界第一本《Nanotoxicology》專著,2007年5月在美國科學出版社出版
 小型PET的外觀和內部結構
 長期稀土元素鑭暴露對大
鼠腦區微量元素分布的影響
核分析技術是在實驗核物理和核化學基礎上發展起來的一門新型學科。其特點是利用粒子與物質的相互作用、輻射效應、核譜學和核效應等基本原理和實驗方法,研究物質的原子和分子組成、表面狀態和內部結構,它具有靈敏度高、準確度好、微區和微量分析、動態實時分析以及非破壞性等許多非核方法不具備的優點,因而具有重要的科學價值和應用前景。核分析技術重點實驗室利用先進的核分析技術,結合同步輻射技術,在納米生物效應與納米安全性研究、核醫學成像、與健康相關的環境科學研究、科技考古方法學研究等方面取得了重要的成果。

2001年核分析技術重點實驗室在國內率先提出開展納米安全性的研究,正式成立了我國第一個納米生物效應與安全性實驗室。2006年獲得國家科技部人造納米材料安全性與解決方案探索”973項目支持,并與國家納米科學中心成立了聯合實驗室(設高能所分部和國家納米中心分部)。納米生物效應與安全性實驗室利用化學技術,對納米顆粒進行表面修飾和改性;利用納米技術和同步輻射技術,對納米顆粒進行各種表征;利用生物和醫學技術研究納米顆粒引起的各種生物效應;利用同位素標記與核分析技術實現體內納米顆粒的檢測。目前主要開展碳納米材料、工業納米材料、納米藥物,以及重金屬的生物效應、毒理學與醫學應用的綜合研究。

核醫學成像技術作為核技術在生物醫學領域應用的一個方面,在獲取人體或動物的機體功能信息方面具有不可替代的作用,目前已經得到廣泛應用。中國科學院核分析技術重點實驗室利用高能所在核探測方面的優勢,成功研制出我國第一臺專門用于動物實驗的小型正電子發射斷層掃描儀(小型PET),其性能達到國際同類產品的先進水平。已經為國內十幾家大學、科研單位和醫療機構開展了200余只動物的PET成像實驗。在此基礎上,又開展了另一種動物實驗專用的核醫學成像設備——小型單光子發射斷層掃描儀的研制。中國科學院核分析技術重點實驗室還是我國最早開展PET圖像數據處理的實驗室之一。實驗室已經初步建成了核醫學成像研究與應用的實驗平臺。

從上世紀80年代起開始與健康相關的環境科學研究,以核分析技術為特色,從宏觀生態系統到動物的整體、器官細胞和分子水平上多層次研究了重金屬(汞、稀土、鉛、鉻及砷)、有機鹵素污染物的環境分布、及其在動植物中的化學種態及毒理。研究水平不斷提高,連續完成了科學院九五重大項目、十五重要方向性項目及九五基金委重點項目,正在承擔基金委十五重大項目和科學院十一五重要方向性項目。同時獲得多項國際合作項目資助,如歐盟的第6次框架協議項目、國際純粹與應用化學聯合會、國際原子能機構項目等。在國內外重要期刊發表論文超過300篇,其中有不少發表在環境科學、毒理學、分析化學及相關領域的一流刊物,如EHPES&TToxicol LettClin ChemJAASSci Total Environ, AnalystAnal Chim Acta等。八五以來,獲國家2等獎1項、部委1等獎2項、二等獎3項,三等獎1項,全國百篇優秀博士論文1篇。學術帶頭人柴之芳院士獲國際核分析與放射分析領域最高獎—“Hevesy,并得到國際原子能機構的表彰。

 

 

 

? 強流慢正電子束裝置

慢正電子束流技術是研究材料微觀結構的核分析方法,其特點是對原子尺度的缺陷非常敏感,通過調制低能正電子束流的能量,可以研究材料表面及其材料內部微觀缺陷的變化和分布,是研究以膜層結構為基礎的半導體材料、各種材料輻照改性和損傷等涉及材料微結構和電子結構的特色方法。

高能所經過多年的努力,建成了我國第一臺基于電子直線加速器的強流慢正電子束裝置。該裝置具有慢正電子束流常規及符合多普勒展寬測量方法,并具備了慢正電子束流湮沒壽命測量方法,其技術指標和性能達到了國際先進水平。該裝置為開展材料科學和各類基礎物理研究以及發展相關延伸技術等提供了科學研究平臺,并面向全社會開放。

?科技考古

中國的古陶瓷是中國古代文明的瑰寶,對世界文化和現代文明都具有重要的影響。由于傳統的文物研究和鑒定技術陳舊并存在一定的局限性,我國對考古意義重大的萬年前后的陶片研究甚少,對具有重要年代特征的古陶瓷缺乏系統研究,古陶瓷產地和年代的分析鑒定和真偽鑒別缺乏足夠的科學數據。

中國科學院核分析技術重點實驗室將現代核科學技術用于古陶瓷分析、鑒定,系統研究我國古代文明發祥地之間的淵源關系,探明著名古陶瓷的材料來源、窯變機制和著色機理,為古陶瓷的斷源、測年斷代和真偽鑒別提供可靠的科學依據,這是考古學和陶瓷學基礎研究的需要,也是學科發展的必然趨勢,必將確立我國古陶瓷研究在世界上應有的位置,也會更大地提高中國古陶瓷在世界上的影響。

? 北京自由電子激光裝置(BFEL

BFEL是一臺工作在中紅外波段的康普頓型自由電子激光器。1993年已實現基本穩定的出光,并在亞洲首次實現了飽和受激振蕩。此后,該裝置一直穩定運行至2003年,每年為用戶提供出光時間約1000小時。

根據我院一所一址的方針,BFEL2005年啟動了搬遷重建工程。 200710月,BFEL恢復正常出光,激光輸出波長范圍9.5~15um,最大輸出能量超過8mJ。目前,BFEL仍然是國內唯一能夠持續地實現受激振蕩的自由電子激光裝置。

BFEL以高亮度強流電子束為工作物質,電子束經加速管加速到30MeV左右注入由周期永磁鐵構成的波蕩器。在波蕩中,電子束輻射的光脈沖被放置在兩端的反射鏡收集起來,構成一個諧振光學腔。在諧振腔中,后繼的電子束與先前電子束產生的光脈沖不斷地發生能量轉換,使光信號獲得最大的增益直至飽和。達到飽和的激光脈沖最終通過反射鏡的耦合輸出到光學測量臺。

BFEL是多學科研究中心規劃的三個實驗平臺之一。高能所努力提高裝置性能以滿足用戶的要求,以期取得更多科研應用成果。

? 中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室簡介

 中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室是在中科院知識創新工程的支持下,于2003年正式成立的我國第一個以納米材料的生物安全性為研究方向的專業實驗室。也是國際上納米安全性研究領域最具影響的代表性實驗室之一。

  實驗室以納米物質的生物效應這個新的科學問題為核心, 以健康安全的國家需求為導向,針對納米結構以及納米尺寸物質與生命過程相互作用所產生的新效應,新現象,新規律,開展納米材料與毒理學、生物學和醫學交叉研究。促進化學物理、生物醫學與納米科學和大科學平臺的交叉。發展新的學科生長點。在前沿科技領域開展創新性研究,獲取具有自主知識產權的創新成果,培養和凝聚創新性人才,構建高水平實驗技術和國際學術交流平臺。

  實驗室2001年籌建,2003年正式成立,2005年獲基金委重大項目支持,2006年獲科技部納米安全性”973項目支持,2007年實驗室負責人在美國出版了納米毒理學領域的世界上第一本英文專著《Nanotoxicology》;2003-2008年實驗室的研究成果先后在相關領域的世界頂尖刊物發表SCI論文205篇,其中,影響因子IF≥10.0的論文18篇;影響因子IF≥6.0的論文48篇;影響因子IF≥4.0的論文86篇;申請或獲得國際國內專利27項。在美國出版學術專著2部。此外,在國內發表論文60余篇。200812月實驗室被評為中國科學院重點實驗室。

 研究室現有研究員13人(百人計劃9人,杰青2人),副研究員9人,助理研究員9人,高級工程師與高級實驗師6人,工程師與實驗師和實驗師2人,秘書2人,博士后6人,中科院研究生52人,聯合培養(其他大學的)研究生18人。

 五年來實驗室負責和承擔各類科研項目56項。包括973項目2項;973課題和973預研項目14項;863課題2項;基金委重大項目3項;國家杰出青年基金3項;百人計劃項目8項;大型儀器改造項目2項;面上項目12項;中科院知識創新工程重大項目1項;中科院知識創新工程方向性項目2項。國際原子能機構(IAEA)項目2項,歐盟框架協議等國際合作項目4項,橫向協作項目1項。

  目前實驗室面積有3000余平方的專用面積,4748.29萬元專用設備(單價大于20萬元的實驗設備)。此外,實驗室依托于兩個國家級的大型研究平臺:(1)國家納米中心的納米檢測公共平臺,(2)高能所的同步輻射裝置公共平臺。

 
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