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上海光源的应用前景
 
  同步辐射为许多前沿学科领域的研究提供了一种最先进又不可替代的工具。利用同步辐射实验技术开展实验研究所涉及的学科之众多,应用的领域之广泛,是其它大科学装置无法比拟的。
  生命科学和医药学与人类健康生活息息相关,也是同步辐射光得到广泛应用的重要领域。同步辐射X射线衍射方法是当前测定生物大分子结构的最有力手段,是研究生命现象与生物过程的利器。英国科学家J. Walker和美国科学家 R. Mackinnon 籍助同步辐射研究生物分子的结构与功能,取得了突破性的成就,先后荣获1997年度和2003年度诺贝尔化学奖。研究病毒以及病毒与人体内发生作用的生物分子的结构,对于弄清病毒的致病机理与过程至关重要,利用这些结构信息有针对性地进行药物设计、合成与筛选,可以大大加快新药物研制的进程。利用这种方法,国外已成功研制出用于治疗艾滋病的药物,对于降低艾滋病的死亡率起到了良好的作用。在2003年我国出现SARS疫情后不及,我国科学家就利用同步辐射光成功测定了SARS病毒主蛋白酶的结构,为研制抵御SARS病毒的药物提供了重要信息。在医学诊断方面,同步辐射光也展示出了非常重要的应用前景。心血管疾患常导致突发性死亡,是威胁人类生命的主要疾病之一。采用同步辐射光源X射线的造影技术可以实现安全、高清晰的心血管成像,为心血管疾病的早期诊断提供安全、快速的诊断方法。在肿瘤诊断方面,利用同步辐射光的高分辨特点,可以发现很小的肿瘤,实现肿瘤的早期诊断以提高肿瘤的治愈率。
  材料科学是支撑高技术经济发展必不可少的基础,未来的技术革命将在很大程度上取决于新型材料的发明,例如半导体、高分子聚合物、合金、陶瓷、超导材料、复合材料、金属玻璃以及纳米材料等,这些具有异乎寻常性能的新型材料将在计算机、信息、通讯、航空航天、机器人、医药、微机电和能源等新兴产业中获得越来越广泛的应用。利用上海光源所产生的高亮度同步辐射光束,可以揭示材料中原子的精确构造和得到有价值的电磁结构参数等信息,它们既是理解材料性能的"钥匙",也隐含着发明新颖材料的原理来源。
  人类赖以生存的自然环境是脆弱的,资源也是有限的。环境污染、生态失衡、资源短缺、地球变暖和自然灾害等,都对人类的生存构成了直接威胁,地球和环境科学面临的许多挑战正成为世界性的课题。分子环境科学以同步辐射X射线谱学技术作为主要分析手段,能在分子水平上描述环境污染物的形态,研究污染物的迁移和转化的复杂化学过程,从而评估污染风险和确定污染治理方案。而基于分子环境科学所建立起来的受环境污染植物的修复技术,以其自然、生态、绿色的特点而越来越受到重视与欢迎,可望产生重大的社会效益和经济效益。在地球科学研究方面,利用高亮度同步辐射X射线作为微探针,将能够深入地了解地壳深处和地幔中矿物的演变和转化,对于矿床地质、矿物、岩石、探矿以及地球化学研究起着重要的作用。
  微电子机械系统(MEMS)是一种高智能度、高集成度的系统。科学家预言,20年后MEMS产出的社会和经济效益将相当于今天微电子技术所产生的。在微细加工技术中,利用同步辐射X光深度光刻技术,已经研制出微型传感器、微型光电部件、微型马达、微型齿轮、微电子开关和微型喷嘴等,同步辐射光将在MEMS制造技术开发方面将发挥重要作用。随着集成电路的集成度越来越高,科学界预计,对线度在几十纳米及以下的集成电路,同步辐射光刻技术将有可能成为主要的光刻手段。
  在石化及化学工业中,催化剂起着核心作用,对产出有重要影响。利用同步辐射光可以研究催化机理和催化剂的特性,这有助于研究发明新型催化剂,其结果直接影响到石油化工的效率和产出。在高分子材料改性和开发研究方面,同步辐射光所起的作用受到越来越多的关注。移动通讯和便携式电脑市场的迅猛发展导致对质轻、价低、续航时间长的可充电电池的需求激增,各国的制造商正在为掌握新的电化学反应以开发高性能的电池而陈兵鏖战,而同步辐射光正是他们手中的新式武器。
  在许多其它产业研发与检测方面,如超大规模集成电路中硅晶片中的痕量杂质探测分析、飞机发动机和航天器的疲劳测试、纸浆无氯漂白工艺改进、化妆品效果分析乃至新口味凝胶食品的开发等,同步辐射光都将大显其非凡身手。
注释:
  John Walker:因阐明了ATP合成的酶作用机制而获得1997年化学奖;
  Roderick Mackinnon:因阐明了离子通道的结构与机制而获得2003年化学奖;
 
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