具有美麗名字的光源

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

ALBA光源坐落于西班牙東北部加泰羅尼亞（Catalonia）自治大區(qū)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(gè)西南歐歷史上第一個(gè)大科學(xué)裝置。在面積60公頃的ALBA科技園區(qū)內(nèi)，這個(gè)直徑140多米的嶄新環(huán)狀同步輻射設(shè)施堪稱一座設(shè)計(jì)新穎、獨(dú)特的現(xiàn)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(lián)合會(huì)CELLS（Consortium for the Exploitation of the Synchrotron Light Laboratory）負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)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(jí)的科學(xué)研究工具，也是向本國(guó)和全世界政府機(jī)構(gòu)、研究團(tuán)體和企業(yè)開放的大型服務(wù)平臺(tái)。它現(xiàn)已建成7條先進(jìn)的束線站，預(yù)計(jì)最終將建33條，為1000多位研究人員提供強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)條件和手段，進(jìn)行諸多最前沿和戰(zhàn)略性領(lǐng)域的研究：生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源、材料科學(xué)、微電子學(xué)納米技術(shù)等，尤其將引領(lǐng)蛋白質(zhì)、病毒、細(xì)菌等結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究，新藥生產(chǎn)，工業(yè)用新材料設(shè)計(jì)。它為挑戰(zhàn)技術(shù)創(chuàng)新、發(fā)展以科學(xué)驅(qū)動(dòng)的新產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了良好的機(jī)遇。

 

ALBA光源將極大地促進(jìn)西班牙，特別是加泰羅尼亞大區(qū)向知識(shí)型、創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并有望使之成為整個(gè)西南歐的科學(xué)與技術(shù)中心。ALBA的建成，無(wú)疑是西班牙邁出了具有決定性意義的一步，表明科學(xué)產(chǎn)出位居世界第九的西班牙從此進(jìn)入了國(guó)際尖端科技的先進(jìn)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(xiàng)目的建設(shè)，構(gòu)思建造同步輻射光源。因?yàn)槲靼嘌雷鳛闅W洲核子中心CERN、歐洲分子生物實(shí)驗(yàn)室EMBL等組織成員，已經(jīng)成為歐洲國(guó)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(méi)有一臺(tái)類似的裝置，科學(xué)家們不得不申請(qǐng)到其它國(guó)家開展研究。西班牙參加了在法國(guó)格勒諾布爾（Grenoble）的歐洲同步輻射設(shè)施ESRF的建設(shè)，并擁有2條束線站：BM25和BM16。其中，加泰羅尼亞大區(qū)在BM16上占有50%的股權(quán)，同時(shí)承擔(dān)運(yùn)營(yíng)費(fèi)。然而，有限的使用光源時(shí)間限制了科學(xué)家們的工作創(chuàng)新，也遏制了本國(guó)科技的發(fā)展。

1992年6月：加泰羅尼亞政府派專家組調(diào)研在巴塞羅那地區(qū)建設(shè)同步輻射光源的可行性。年底提交了第一份調(diào)研報(bào)告。

1993年：選址確定。選擇加泰羅尼亞的主要原因有三個(gè)：其一，毗鄰位于貝拉泰拉（Bellaterra）鎮(zhèn)的巴塞羅那自治大學(xué)UAB（Universitat Automoma de Barcelona）的主校園區(qū)。該校創(chuàng)建于1968年，是一所年輕的現(xiàn)代化綜合性大學(xué)，擁有4萬(wàn)名學(xué)生和4000名研究人員和教授。其中，科研和經(jīng)濟(jì)企管類最著名，排名全國(guó)第一。其二，加泰羅尼亞自19世紀(jì)后期即成為工業(yè)中心，是西班牙最富裕的地區(qū)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(shù)和音像業(yè)是該區(qū)的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。它擁有眾多國(guó)際一流水準(zhǔn)的研究機(jī)構(gòu)，特別是在信息新技術(shù)、生物科技等領(lǐng)域，諸如：巴塞羅那科學(xué)園，巴塞羅那生物醫(yī)藥研究園。目前，它的科學(xué)產(chǎn)出占全國(guó)的25%，具有創(chuàng)造知識(shí)的巨大潛力。其三，該區(qū)國(guó)內(nèi)外交流甚多，與國(guó)際頂尖團(tuán)隊(duì)有良好的合作。

A處：巴塞羅那自治大學(xué)

1994年：召集人員開始進(jìn)行2.5GeV同步輻射光源的概念性設(shè)計(jì)。

1997年：歷時(shí)3年，設(shè)計(jì)完成。

2002年3月14日：西班牙政府科研和創(chuàng)新部與加泰羅尼亞自治政府達(dá)成正式協(xié)議：為了加強(qiáng)本國(guó)科研基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建設(shè)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(lián)合會(huì)CELLS，負(fù)責(zé)ALBA光源的開發(fā)和管理，由西班牙政府、加泰羅尼亞自治大區(qū)和一些大學(xué)、企業(yè)共同參股。前期投資（2003-2008年）原計(jì)劃為1.63億歐元，包括5條線站建設(shè)、人員和運(yùn)行費(fèi)；后因增建2條束線站，升至2.01億歐元。同時(shí)，期限延期1年；預(yù)計(jì)年運(yùn)行費(fèi)大約為1600萬(wàn)歐元；到2020年，政府將翻倍投資，達(dá)到4.2億歐元。

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

2004年：經(jīng)過(guò)多次商討，聽取了馬拉加（Malaga）第二屆用戶會(huì)議的意見，儲(chǔ)存環(huán)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)?；▽?shí)地調(diào)研開始。

2006年5月：ALBA主體工程開工。

2008年：開始安裝增強(qiáng)器和儲(chǔ)存環(huán)。

2009年12月21日：測(cè)試開始，ALBA增強(qiáng)器第一次出光。

 

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(qū)首長(zhǎng)Montilla先生主持ALBA光源開幕式，共有500多位嘉賓出席。

ALBA開幕式

2010年：建成7條光束線站，雇員達(dá)160人，年底對(duì)外接待第一批用戶。

裝置簡(jiǎn)介

ALBA光源的硬件設(shè)施共分3個(gè)主體建筑：技術(shù)樓（7600平米）、大廳（18500平米）和人員宿舍翼樓（4000平米）。

 

大廳內(nèi)景

辦公區(qū)域

ALBA示意圖

 

ALBA光源安裝在環(huán)形大廳內(nèi)，由注入器、增強(qiáng)器和儲(chǔ)存環(huán)3大部分和其它配置設(shè)施組成。

注入器：為直線加速器。電子在5000萬(wàn)瓦的射頻功率下加速，能量至100MeV。

注入器

 

增強(qiáng)器：為環(huán)形加速器，周長(zhǎng)249.6米。利用高頻電磁場(chǎng)將電子束繼續(xù)加速至3GeV。從進(jìn)到出增強(qiáng)器，此過(guò)程僅需160毫秒。

ALBA隧道（左為儲(chǔ)存環(huán)；右為增強(qiáng)器）

儲(chǔ)存環(huán)：周長(zhǎng)268.8米。電子束在其中以99.999999%接近光速的速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)幾小時(shí)。當(dāng)偶極磁鐵迫使電子束作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子束即產(chǎn)生同步輻射光。ALBA光源產(chǎn)生世界上最精細(xì)的同步輻射光，電子束大小比1毫米的1/10還要細(xì)。儲(chǔ)存環(huán)中共配置32個(gè)彎轉(zhuǎn)磁鐵、128個(gè)四級(jí)鐵、120個(gè)六級(jí)鐵和100多個(gè)安裝在六極鐵中的準(zhǔn)直器。

彎轉(zhuǎn)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(shù)

應(yīng)用領(lǐng)域及線站

· 材料科學(xué)：研究催化中的化學(xué)反應(yīng)，材料在不同壓力、溫度、電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的變化。

· 化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)：發(fā)現(xiàn)并建立諸如蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的新結(jié)構(gòu)。

· 物理：同步輻射光可用于研究微電子器件、納米設(shè)備、移動(dòng)電話中納米單位級(jí)的微小部件，如：1毫米的百萬(wàn)分之一。

2005年6月30日，CELLS理事會(huì)授權(quán)科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)負(fù)責(zé)建設(shè)和監(jiān)管第一階段的7條光束線站，優(yōu)先開展材料科學(xué)、物理、化學(xué)和生物領(lǐng)域的研究。

ALBA儲(chǔ)存環(huán)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(fā)射光譜。電子束覆蓋2.4至65keV能量范圍。2010年7月，正在進(jìn)行束線站控制軟件編程。

多極扭擺磁鐵

BL22示意圖

2．BL04-MSPD：材料科學(xué)和粉末衍射，建2個(gè)終端實(shí)驗(yàn)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?。?.5x5-0.010x0.040平方毫米。

BL04示意圖

3．BL13-XALOC：生物大分子結(jié)晶學(xué)，用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。自動(dòng)換樣機(jī)已成功通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收測(cè)試，主要數(shù)據(jù)采集器（皮拉圖斯600萬(wàn)）與DECTRIS簽署采購(gòu)，光學(xué)計(jì)量的垂直聚焦鏡完成了調(diào)試。

BL13的自動(dòng)換樣機(jī)

4．BL11-NCD： 非晶體衍射。

BL11的非晶體衍射光子學(xué)研究設(shè)備

5．BL24-CIRCE：光電子發(fā)射能譜和顯微學(xué)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(shè)2個(gè)終端實(shí)驗(yàn)室。

PEEM：光電子發(fā)射能譜電子顯微，致力于表面科學(xué)和納米結(jié)構(gòu)研究。

NAPP：周圍環(huán)境壓力光電子能譜，致力于化學(xué)反應(yīng)，液體表面和其他超高真空條件下的棘手問(wèn)題。

BL24線（2009年12月）

PEEM在電子光學(xué)測(cè)試中獲得的第一幅圖像（視場(chǎng)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(gè)終端實(shí)驗(yàn)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?shù)娜轿怀上瘢軌蛟趲追昼妰?nèi)紀(jì)錄斷層數(shù)據(jù)集和50納米級(jí)空間分辨率。平面光柵單色儀、鏡子已安裝。低溫TXM工廠驗(yàn)收測(cè)試2010年6月結(jié)束。

平面光柵單色儀

2009年底，ALBA研討了第二階段準(zhǔn)備建設(shè)的光束線站，有以下8個(gè)計(jì)劃項(xiàng)目中標(biāo)：

AIBA：成像與生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

MIRAS：紅外顯微光譜

LOREA：復(fù)合材料的低能超高分辨率小角光電發(fā)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(xué)

微聚焦XANES衍射

微聚焦大分子結(jié)晶學(xué)

未來(lái)展望

ALBA科技園是加泰羅尼亞地區(qū)最大和最重要的戰(zhàn)略性項(xiàng)目，旨在成為南歐科學(xué)和技術(shù)技發(fā)展的重要推動(dòng)力。它以ALBA光源為中心，周邊環(huán)繞巴塞羅那自治大學(xué)、研究園、技術(shù)園和創(chuàng)新園，總面積將達(dá)到340公頃。2009年，共注入資金1.2億歐元用于基礎(chǔ)和生產(chǎn)設(shè)施的建設(shè)，2010年又增加2500萬(wàn)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(xué)裝置，但已有170多家企業(yè)和技術(shù)中心根植于此。其中，第一座商業(yè)樓宇——金融機(jī)構(gòu)La Caixa銀行的兩個(gè)技術(shù)中心——正在建設(shè)，它將帶來(lái)近2億歐元的投資。

這片面積廣大的園區(qū)將逐漸發(fā)展成為科學(xué)設(shè)施的基地和工商業(yè)活動(dòng)的中心，匯集4萬(wàn)高素質(zhì)人群，1萬(wàn)居民。并且，正在建設(shè)的生態(tài)走廊和城市公園系統(tǒng)將保持人與自然的和諧：保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)、恢復(fù)退化土地、界定180公頃的綠色地帶。

ALBA工業(yè)園

1.ALBA光源　 2. 科研和技術(shù)轉(zhuǎn)讓中心　  3.知識(shí)密集型園區(qū)

4．聯(lián)運(yùn)站　　 5. 巴塞羅那自治大學(xué)　　 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(fā)展，巴塞羅那城市規(guī)劃署對(duì)其將分為3個(gè)階段進(jìn)行開發(fā)，使其成為戰(zhàn)略性經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)發(fā)展高度集中的整體。這早在1976年就已列入西班牙國(guó)家5大戰(zhàn)略性地區(qū)發(fā)展計(jì)劃。

2006年，歐洲科研基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略論壇 ESFRI（European Strategy Forum on Research Infrastructures）第一次制訂歐洲科研基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展路線圖，共35個(gè)項(xiàng)目。2008年進(jìn)行了更新，項(xiàng)目增至44個(gè)。2010年3月23和24日，第六屆戰(zhàn)略論壇在西班牙的巴塞羅那召開。根據(jù)此次會(huì)議的精神，2010年12月將出版全新的歐洲至2020年發(fā)展線路圖，主要致力于能源、食品和生物領(lǐng)域的研究。這些科研基礎(chǔ)設(shè)施包括程序庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、生物檔案軟件、通訊網(wǎng)絡(luò)、考察船、衛(wèi)星和導(dǎo)航中心、沿海觀測(cè)站、天文望遠(yuǎn)鏡、同步輻射和加速器。

西班牙的大科學(xué)裝置，無(wú)論是正在運(yùn)行的或正在建設(shè)的，毋庸置疑，ALBA光源當(dāng)屬之首。

高能所科研處 中國(guó)科學(xué)院大科學(xué)裝置辦公室

資料來(lái)自：http://www.cells.es/