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西班牙同步輻射光源(ALBA)
2010-09-10 |文章來源: | 瀏覽次數:  |

具有美麗名字的光源

在西班牙語中ALBA的意思是黎明,西班牙同步輻射光源取名ALBA,正如法國的太陽SOLEIL,英國的鉆石DIAMOND,這些同步輻射光源的名字都那么美,無不充滿了光明與希望。西班牙ALBA光源與上海光源SSRF,法國SOLEIL和英國DIAMOND光源同屬世界第三代高性能中能同步輻射設施。

ALBA光源坐落于西班牙東北部加泰羅尼亞(Catalonia)自治大區巴塞羅那(Barcelona)城北20公里的加泰羅尼亞市(Cerdanyola),是加泰羅尼亞、西班牙,以及整個西南歐歷史上第一個大科學裝置。在面積60公頃的ALBA科技園區內,這個直徑140多米的嶄新環狀同步輻射設施堪稱一座設計新穎、獨特的現代派建筑。它的外形別出心裁地似一只熠熠閃光的蝸牛。

由同步光源開放聯合會CELLS(Consortium for the Exploitation of the Synchrotron Light Laboratory)負責建設和運行,西班牙政府和加泰羅尼亞政府提供資金。

 

ALBA光源鳥瞰

 

如其它光源一樣,ALBA光源不僅是超級的科學研究工具,也是向本國和全世界政府機構、研究團體和企業開放的大型服務平臺。它現已建成7條先進的束線站,預計最終將建33條,為1000多位研究人員提供強有力的實驗條件和手段,進行諸多最前沿和戰略性領域的研究:生命科學、醫學、環境科學、能源、材料科學、微電子學納米技術等,尤其將引領蛋白質、病毒、細菌等結構生物學研究,新藥生產,工業用新材料設計。它為挑戰技術創新、發展以科學驅動的新產業創造了良好的機遇。

 

ALBA光源將極大地促進西班牙,特別是加泰羅尼亞大區向知識型、創新型經濟的發展,并有望使之成為整個西南歐的科學與技術中心。ALBA的建成,無疑是西班牙邁出了具有決定性意義的一步,表明科學產出位居世界第九的西班牙從此進入了國際尖端科技的先進行列。

ALBA光源夜景

歷史沿革

1990年:西班牙放棄T-粲物理(Tau-charm Factory)項目的建設,構思建造同步輻射光源。因為西班牙作為歐洲核子中心CERN、歐洲分子生物實驗室EMBL等組織成員,已經成為歐洲國家中使用同步輻射光源最大的用戶之一,但西班牙本土并沒有一臺類似的裝置,科學家們不得不申請到其它國家開展研究。西班牙參加了在法國格勒諾布爾(Grenoble)的歐洲同步輻射設施ESRF的建設,并擁有2條束線站:BM25和BM16。其中,加泰羅尼亞大區在BM16上占有50%的股權,同時承擔運營費。然而,有限的使用光源時間限制了科學家們的工作創新,也遏制了本國科技的發展。

1992年6月:加泰羅尼亞政府派專家組調研在巴塞羅那地區建設同步輻射光源的可行性。年底提交了第一份調研報告。

1993年:選址確定。選擇加泰羅尼亞的主要原因有三個:其一,毗鄰位于貝拉泰拉(Bellaterra)鎮的巴塞羅那自治大學UAB(Universitat Automoma de Barcelona)的主校園區。該校創建于1968年,是一所年輕的現代化綜合性大學,擁有4萬名學生和4000名研究人員和教授。其中,科研和經濟企管類最著名,排名全國第一。其二,加泰羅尼亞自19世紀后期即成為工業中心,是西班牙最富裕的地區之一。其首府巴塞羅那是歐洲第六大城市,西班牙最大港口和第二大城市,也是全球重要的文化中心與旅游勝地。汽車、化工、食品、生物科技、信息通訊技術和音像業是該區的優勢產業。它擁有眾多國際一流水準的研究機構,特別是在信息新技術、生物科技等領域,諸如:巴塞羅那科學園,巴塞羅那生物醫藥研究園。目前,它的科學產出占全國的25%,具有創造知識的巨大潛力。其三,該區國內外交流甚多,與國際頂尖團隊有良好的合作。

A處:巴塞羅那自治大學

1994年:召集人員開始進行2.5GeV同步輻射光源的概念性設計。

1997年:歷時3年,設計完成。

2002年3月14日:西班牙政府科研和創新部與加泰羅尼亞自治政府達成正式協議:為了加強本國科研基礎設施建設,建設世界一流的3GeV大型光源ALBA。

2003年3月14日:組建同步光源開放聯合會CELLS,負責ALBA光源的開發和管理,由西班牙政府、加泰羅尼亞自治大區和一些大學、企業共同參股。前期投資(2003-2008年)原計劃為1.63億歐元,包括5條線站建設、人員和運行費;后因增建2條束線站,升至2.01億歐元。同時,期限延期1年;預計年運行費大約為1600萬歐元;到2020年,政府將翻倍投資,達到4.2億歐元。

2003年:任命了CELLS總經理(Joan Bordas)和五個部門主管,并在梅諾卡島(Menorca)召開了第一屆用戶會議。

2004年:經過多次商討,聽取了馬拉加(Malaga)第二屆用戶會議的意見,儲存環重新進行設計。基建實地調研開始。

2006年5月:ALBA主體工程開工。

2008年:開始安裝增強器和儲存環。

2009年12月21日:測試開始,ALBA增強器第一次出光。

 

First operational test of the Booster accelerator of ALBA

2010年3月22日:西班牙首相羅德里格斯·薩帕特羅(Rodriguez Zapatero)和加泰羅尼亞自治大區首長Montilla先生主持ALBA光源開幕式,共有500多位嘉賓出席。

Inauguración del Sincrotrón ALBA

ALBA開幕式

2010年:建成7條光束線站,雇員達160人,年底對外接待第一批用戶。

 

裝置簡介

ALBA光源的硬件設施共分3個主體建筑:技術樓(7600平米)、大廳(18500平米)和人員宿舍翼樓(4000平米)。

 

大廳內景

辦公區域

ALBA示意圖

 

ALBA光源安裝在環形大廳內,由注入器、增強器和儲存環3大部分和其它配置設施組成。

注入器:為直線加速器。電子在5000萬瓦的射頻功率下加速,能量至100MeV。

1st_section_picture

注入器

 

增強器:為環形加速器,周長249.6米。利用高頻電磁場將電子束繼續加速至3GeV。從進到出增強器,此過程僅需160毫秒。

ALBA隧道(左為儲存環;右為增強器)

儲存環:周長268.8米。電子束在其中以99.999999%接近光速的速度連續運轉幾小時。當偶極磁鐵迫使電子束作曲線運動時,電子束即產生同步輻射光。ALBA光源產生世界上最精細的同步輻射光,電子束大小比1毫米的1/10還要細。儲存環中共配置32個彎轉磁鐵、128個四級鐵、120個六級鐵和100多個安裝在六極鐵中的準直器。

彎轉磁鐵

 

四極鐵與六極鐵

完成組裝的磁鐵單元

ALBA加速器的部分參數

應用領域及線站

· 材料科學:研究催化中的化學反應,材料在不同壓力、溫度、電場和磁場中的變化。

· 化學和結構生物學:發現并建立諸如蛋白質、核酸等生物大分子的新結構。

· 物理:同步輻射光可用于研究微電子器件、納米設備、移動電話中納米單位級的微小部件,如:1毫米的百萬分之一。

2005年6月30日,CELLS理事會授權科學顧問委員會負責建設和監管第一階段的7條光束線站,優先開展材料科學、物理、化學和生物領域的研究。

ALBA儲存環插入件的分布示意圖

1.BL22-CLAESS:X射線吸收光譜,2009年5月更名為核心層吸收和發射光譜。電子束覆蓋2.4至65keV能量范圍。2010年7月,正在進行束線站控制軟件編程。

mpw80

多極扭擺磁鐵

BL22示意圖

2.BL04-MSPD:材料科學和粉末衍射,建2個終端實驗室,致力于高分辨率粉末衍射、高壓粉末衍射和單晶衍射研究。光子能量覆蓋范圍8-50KeV,光子束大小:1.5x5-0.010x0.040平方毫米。

mspd-moray-tot

BL04示意圖

3.BL13-XALOC:生物大分子結晶學,用于結構生物學研究。自動換樣機已成功通過現場驗收測試,主要數據采集器(皮拉圖斯600萬)與DECTRIS簽署采購,光學計量的垂直聚焦鏡完成了調試。

BL13 - XALOC:樣品的自動換

BL13的自動換樣機

4.BL11-NCD: 非晶體衍射。

BL11-NCD: A section of the optics.

BL11的非晶體衍射光子學研究設備

5.BL24-CIRCE:光電子發射能譜和顯微學束線站,屬軟X射線的極化。平面光柵單色儀覆蓋100-2000eV的能量范圍,建設2個終端實驗室。

PEEM:光電子發射能譜電子顯微,致力于表面科學和納米結構研究。

NAPP:周圍環境壓力光電子能譜,致力于化學反應,液體表面和其他超高真空條件下的棘手問題。

circe-2009-12

BL24線(2009年12月)

First image obtained with the ALBA PEEM

PEEM在電子光學測試中獲得的第一幅圖像(視場約20微米)

6.BL29-BOREAS:共振吸收和散射束線站,屬軟X射線極化。將建兩個終端實驗站:磁二色性(XMCD/XMLD)和共振軟X射線散射(RSXS)。2010年2月8日開始安裝主要元件。

BL29 Optics Scheme

BL29示意圖

7.BL09-MISTRAL: 軟X射線顯微。致力于在冷凍溫度下,270 eV至2600 eV的厚生物樣本傳輸的全方位成像,能夠在幾分鐘內紀錄斷層數據集和50納米級空間分辨率。平面光柵單色儀、鏡子已安裝。低溫TXM工廠驗收測試2010年6月結束。

PGM picture

平面光柵單色儀

2009年底,ALBA研討了第二階段準備建設的光束線站,有以下8個計劃項目中標:

AIBA:成像與生物醫學應用

MIRAS:紅外顯微光譜

LOREA:復合材料的低能超高分辨率小角光電發射

高分辨率和微聚焦X射線衍射

單晶和散射能量

TBA:用于教學

微聚焦XANES衍射

微聚焦大分子結晶學

 

未來展望

ALBA科技園是加泰羅尼亞地區最大和最重要的戰略性項目,旨在成為南歐科學和技術技發展的重要推動力。它以ALBA光源為中心,周邊環繞巴塞羅那自治大學、研究園、技術園和創新園,總面積將達到340公頃。2009年,共注入資金1.2億歐元用于基礎和生產設施的建設,2010年又增加2500萬歐元。

至今,雖然ALBA同步輻射裝置是ALBA科技園中唯一的大科學裝置,但已有170多家企業和技術中心根植于此。其中,第一座商業樓宇——金融機構La Caixa銀行的兩個技術中心——正在建設,它將帶來近2億歐元的投資。

這片面積廣大的園區將逐漸發展成為科學設施的基地和工商業活動的中心,匯集4萬高素質人群,1萬居民。并且,正在建設的生態走廊和城市公園系統將保持人與自然的和諧:保護生態系統、恢復退化土地、界定180公頃的綠色地帶。

ALBA工業園

1.ALBA光源  2. 科研和技術轉讓中心   3.知識密集型園區

4.聯運站   5. 巴塞羅那自治大學   6、7.科技園

通向ALBA光源的大道

從巴塞羅那城到加泰羅尼亞市有675公頃土地亟待發展,巴塞羅那城市規劃署對其將分為3個階段進行開發,使其成為戰略性經濟、社會和生態發展高度集中的整體。這早在1976年就已列入西班牙國家5大戰略性地區發展計劃。

2006年,歐洲科研基礎設施戰略論壇 ESFRI(European Strategy Forum on Research Infrastructures)第一次制訂歐洲科研基礎設施發展路線圖,共35個項目。2008年進行了更新,項目增至44個。2010年3月23和24日,第六屆戰略論壇在西班牙的巴塞羅那召開。根據此次會議的精神,2010年12月將出版全新的歐洲至2020年發展線路圖,主要致力于能源、食品和生物領域的研究。這些科研基礎設施包括程序庫、數據庫、生物檔案軟件、通訊網絡、考察船、衛星和導航中心、沿海觀測站、天文望遠鏡、同步輻射和加速器。

西班牙的大科學裝置,無論是正在運行的或正在建設的,毋庸置疑,ALBA光源當屬之首。

高能所科研處 中國科學院大科學裝置辦公室

資料來自:http://www.cells.es/


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