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第86期 东方科技论坛 The 86th Eastern Forum of Science and Technology 第三代同步辐射光源束流轨道稳定性问题 Orbit Stability in 3rd Generation Synchrotron Radiation Light Source 主办单位： 承办单位： 上海市人民政府 中国科学院上海应用物理研究所 中国科学院 中国工程院 2006年12月7-8日，中国·上海 Dec. 7-8, 2006, Shanghai, China 目录 研讨会主题背景 日程安排 邀请出席领导与专家名单 会议执行主席简历 会议摘要 东方科技论坛 “第三代同步辐射光源束流轨道稳定性问题” 学术研讨会主题背景 同步辐射光源是特殊的大科学装置，能够提供从硬X射线到远红外波段的高亮度光束，可以同时进行基础科学研究、应用基础研究和高新技术的开发应用研究，其对生产力发展的影响是直接的。自1947年首次观察到同步辐射以来，同步辐射光源的发展已经历了三代。到上世纪80年代末，各国竞相建造的高耀度的第三代同步辐射光源使得同步辐射应用扩展为动态的、空间分辨的和时间分辨的手段，为众多的学科和广泛的技术应用领域带来前所未有的新机遇，不仅大大推动了同步辐射在众多前沿学科领域中的应用，在产业应用领域也展示出诱人前景，已开始产生良好的经济效益。 目前世界上已建成的第一代同步辐射光源有17台，第二代有23台，第三代同步辐射光源有11台，正在建造和设计的第三代同步辐射光源有13台。预计到2010年前后，每天将有上万名科学家和工程师同时使用这些同步辐射光源，从事前沿学科研究和高新技术开发。 我国正在上海张江建造的上海光源是一台性能先进的第三代同步辐射光源。上海光源工程是我国迄今最大的大科学工程，也是上海市科教兴市重大工程项目。它于2004年12月正式开工，将于2009年初建成投入运行。上海光源建成后将极大地推动我国许多前沿重要领域基础研究和高新技术开发应用研究，是我国新世纪不可缺少的大科学平台。 束流轨道稳定性是第三代同步辐射光源最关键的性能指标之一。一方面，束流轨道中心相对于储存环中磁铁的磁中心的横向位置偏离将影光源响储存环的动力学性能产生影响，导致X射线光斑大小变化、动力学孔径损失、注入效率降低以及束流寿命减小等。另一方面，同步辐射光源点束流轨道变化会造成实验站上光斑位置及光通量的波动；对于那些数据获取时间长的实验来说，光斑位置及光通量波动的影响相当于束流发射度的增长及光源亮度降低；而对于那些数据获取时间短的实验，光斑位置及光通量波动将造成实验数据噪音和测量精度降低等。而这些影响对于发射度低、束斑小、光亮度高的第三代同步辐射光源来说尤其重要。 第三代同步辐射光源的束斑水平大小为100~200微米、束斑垂直大小仅5~10微米。同步辐射实验通常对要求光源点电子束轨道稳定度需控制在束斑大小的10%以内，相应地要求束流水平轨道稳定度为10微米左右，束流垂直轨道稳定度仅为1~2微米。目前，国际上各大第三代同步辐射光源束流轨道稳定性已达到上述要求，甚至部分先进光源，如瑞士光源（SLS）和欧洲光源（ESRF）等已将束流轨道稳定性目标控制到束斑到小的5%以内，实现了亚微米束流轨道稳定性。 然而，众多因素会影响同步辐射光源的束流轨道稳定性。有三大类因素会导致光源的束流轨道漂移：1）随时间缓慢变化的因素，如地基变形；2）随时间慢变化的因素，如隧道温度变化、同步辐射功率随时间衰减、插入件间隙变动、空调器和压缩机等会引起磁铁、真空盒以及作为束流轨道校正的基准的束流位置探测器的运动；3）随时间快变化的因素，如机械振动、电源纹波等。 对于上海光源，装置所在地的大地振动的影响尤为严重。2005年，上海光源工程经理部组织国内外专家对上海光源张江园区的大地振动进行了详细测量。测量结果表明，上海光源的场地大地振动幅度，均方根值大于1微米。为了减小大地振动对上海光源性能的影响，上海光源经理部还组织开展了大量控制场地振动的理论和实验研究。研究表明通过上海光源的地基（包括近2000根49米长的桩基及1米厚的底板）可以使得光源地基底板上的振动幅度比场地振动减小1倍左右，实现地基振动的均方根值接近或略小于1微米。因此，如何有效控制上海光源的束流轨道稳定性，达到设计目标，达到国际先进水平（即1微米甚至亚