12月13日,这一天微微下着小雨,达文西行走中队第七次行走。
上海光源。我们来了。
十点十分,在永亭老师的带领下,我们和门卫打过招呼,浩浩荡荡的走进这个地方。
路上有同学问我,能拍照吗?我也疑惑了一下,于是去问永亭老师,刚刚通宵做完实验的她停下来转过身对大家说说,“照片你们可以随便拍,但是不要流传到国外去。”随即身后传来几位同学的轻叹和窃窃私语。
我们似乎离国家机密很近啊,同学们,这里是不是很高级?
背景介绍:
上海光源是一台高性能的中能第三代同步辐射光源,它的英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility,简称SSRF。它是我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台,每天能容纳数百名来自全国或全世界不同学科、不同领域的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。
同步辐射是由以接近光速运动的电子在磁场中作曲线运动改变运动方向时所产生的电磁辐射,其本质与我们日常接触的可见光和X光一样,都是电磁辐射。由于这种辐射是1947年在同步加速器上被发现的,因而被命名为同步辐射(Synchrotron radiation)。由于同步辐射造成的能量损失极大地阻碍了高能加速器能量的提高,因此在早期同步辐射被作为高能物理极力要排除的因素。后来,人们发现同步辐射具有常规光源不可比拟的优良性能,如高准直性,高极化性,高相干性,宽的频谱范围、高光谱耀度和高光子通量等。从70年代开始,发达国家逐步开展了同步辐射的应用研究,其卓越性能为人们开展科学研究和应用研究带来了广阔的前景,因此在几乎所有的高能电子加速器上都建造了同步辐射线站,以及各种应用同步辐射光的实验装置。
同步辐射光照射到样品上时,会产生衍射、散射、折射、透射、吸收等现象,与物体相互作用可以激发产生荧光和光电子,引起物体的激发、电离和碎裂等现象。科学家正是借助于这些现象探索未知的世界,而且同步辐射光可以覆盖很宽的波长范围,因而其研究对象可以小到灰尘、细胞、分子直至原子,大到组织、器官和人体。
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本以为这里能看到巨大的粒子加速器,穿着防辐射衣和面罩的工作人员,随处可见的三叶草警示标志,如此种种……然而当我们真正来到它的面前,却被这里的静谧震撼到了。主建筑外观是一只鹦鹉螺,庞大的建筑静卧在绿地环绕之中,在鹦鹉螺的开口处,是一个人工的水池。在从大厅走向内部的甬道上,永亭老师指着巨大玻璃窗外的这片水面,对我们说:“你们发现没有,我觉得似乎所有的光源建筑外面都有水池,不知道是景观需要还是有它的实际用途?”这个问题在场的所有人都没有答案,不知道正在看这篇回顾的你知不知道?
上海光源同步辐射专用储存环位于建筑物核心的部分,我们所能参观到的是上海光源外围的线站,也就是光束线站,它是沿着储存环的切线方向搭建的试验站,这里主要利用同步辐射光束进行一些生命科学、医药学、材料科学、微电子机械系统及石油和化工学等方面的研究。到场的同学们不乏相关专业的人士,大家三五一群,对着各种仪器指点江上,互相补充介绍彼此不熟悉领域的知识。
而当身为门外汉的我站在空旷宏伟的大厅中,看到各条线站里的工作人员气定神闲的工作状态,以及散落在大厅各处的、即使看到铭牌上的名称也不知道它是做什么用的实验装置以及实验装置的模型,听着永亭老师,以及同行的老孙、不远万里自杭州而来的奶茶同学的讲解,除了以专业热闹党的精神赞叹说“好厉害啊”之外,再也找不到别的言语来形容内心的感触了。
于是,在参观结束之后,几位同学被拉壮丁分配了任务:写回顾。——在后来的时间中我们陆续收到了同学们的回顾,以下的回顾来自youlan26,她是华东理工大学博一学生。她自我介绍说“03年来到上海,本科也是华东理工药学院药物制剂专业。药物制剂说白了,就是直接给人用的各种药片或胶囊,各输液用的药之类的生产过程,但不涉及对有效果的主药成分的化学成分的改变。07年直接保送硕博连读,专业更换成了化学生物技术与工程。实质就是化学生物学,更具体的方向是对蛋白质的荧光标记检测及蛋白质组学检测等。”
在参观现场,这是位认真拍照、认真提问、认真记笔记的认真的姑娘。
回顾写得很活泼:
女王说:“要有光,于是有了上海光源”。这话一点不假。上海光源的出现,正是帮科学家们长出眼睛,以不同角度来观察自己的样品。
光也是一种电磁波,而让我们认识世间万物的可见光,只是其中很小的一部分。由于光的衍射,用光来探测物体或分辨两物体时,光的波长应当与物体的大小或两物体的单距相近或更短。而如同可见光波长(400-700 nm(1 nm=10-9 m))远小于我们棒球,桔子(我的最爱啊~~~),我们可以清晰地看见它/她(^_^)们,而如果我们要看到更细小的东西,如不同蛋白质内各个原子的分布,这就远非可见光可以完成的工作了,于是,我们需要波长更短的光。
下图来自于大厅展板,很好地说明了这一点。正是因为有了这样多种的呼唤,“要有特定波长的光!”“要有特别直的光。”“要有特别…的光……”——于是有了上海光源。

电磁波谱
图1 大厅展板-1 上海光源的意义
图片文字:
“光”是一个很大的家族,根据波长的不同,光可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和γ射线等。光具有衍射现象,用光探测两物体或分辨两个物体时,光的波长应该与物体的大小或者两物体的间距相近或更短。
上海光源的外观,是超级现代,话说那天早上烟雨濛濛中,从曙光医院站一下车,一回头,我就看见了它,那个匍匐在地面上的,泛着金属光泽的巨大的蜗牛壳(好吧,官方说法是鹦鹉螺壳,可我就是觉得很象蜗牛壳-_-!!)。匆匆奔过去,果然动人无比。
以下图,分别来自上海光源官网及google earth。

上海光源外观

上海光源 俯瞰 来自google earth
在松鼠们(CHONPS、四月、老孙等)的带领下,我们开始了对上海光源的围观。
进入一楼大厅,首先看到的就是整齐的展板,和上海光源的模型。这一模型也就解释了上海光源整个工作的机理。

大厅里的模型
图2 大厅模型
当时一激动,忘开闪光灯了,加上铁手功欠缺,就成这样后现代的风格了……,就当是与光源现代建筑风格应景吧,嘿嘿。在松鼠chonps和老孙的解释后,大家都明白了这一原理。图中灰色区域里的就是电子的运动路径。电子经150 MeV 电子直经加速器加速(A)后,进入3.5 GeV增强器(B)至其能量达到3.5 GeV后,进入3.5 GeV电子储存环(C),在储存环中做圆周运动,直至被光束线和实验站(D)获取后,通过单色器等(这儿先卖个关子,有个与美食相关的畅想)获得想要的特定要求的光。
打个不太恰当的比方,如果把各实验站,也就是说各实验者们比作面条师傅,那么面就是他们的基础原料。如果用面粉来比作电子,那么这碗“上海面条”的原理也就是,面粉经过A,B后,变成了面团,而在C处,将这个面团变成一个类似于“甜甜圈”的面环,放在C里面,而各“面条师傅”们根据自己的要求,用擀面杖或面条机(单色器等)将从C内将面团抽条再加重重蹂虐,得到自己想要的面条(光束),比如说红面条,绿面条,长面条,短面条等等,最后将面条做成自己的复杂的美味的“上海面条”(将光束应用于实验,得到不同的实验结果)。而这碗“上海面条”高级就高级在一是它的二是它的样式繁多 (可以提供的光的波长范围非常宽),你可以提出各种BT的、在其他地方无法实现的要求,比如说,我要非常细,非常细,细到可以穿过蛋糕里的孔的面(可以穿过蛋白质内的不同原子间隙)等等,以及它的高准确性,你想要不同粗细的面条(不同波长的光),不同形状的面条(不同直径的光束)等等,你要求是1,他不会给你1.00……01,更不可能偏差到2,从而也保证了每一碗面都是一样的口感(重复的实验结果)。 (我饿了……>_<)
在大厅观摩完毕后,我们就在 老师的带领下,进入了上海光源的线站及实验区。
首先看到的,还是整个上海光源的外形模型:

上海光源模型
以及组成3.5 GeV电子储存环的20组磁铁中的半组,就是靠这些磁铁组,将电子束缚在储存环中,而真实的电子储存环的大小也是出乎意料的小的:
看完这几组模型后,我们就开始了对各线站的正式围观~~~~
各个线站都有着对自己线站的展板介绍,以下是这些展板们的不完全记录~~~~
在这些线站中,最引起我兴趣的也是生物大分子晶体学线站及X射线成像及生物医学应用光束线站,这也是我最明白原理的两个线站。这两个线站从不同角度为生命科学服务。生物大分子晶体学线站就是用来解读生物大分子,如蛋白质的晶体结构,准确给出蛋白质的空间结构,各氨基酸链的相互位置关系,蛋白质与各小分子,如某种特定药物的结合关系,而这些对于研究各蛋白质的作用,工作机理,有着重要的作用。这也对于药物研发有点非常关键的作用。只有明确了药物作用在蛋白质上的具体哪几个位置,才能以此作为现在热火朝天的药物设计的基础,来为药物的研发提供重要的助力。这一线站也已完成了许多实验,比如说新民晚报的这一报道:“上海光源”投用1月“照”出20多个蛋白质三维结构”(http://www.ebiotrade.com/newsf/2009-7/20097692130142.htm)。而生物医学应用光束线站,则更多的是用在医学造影成像的方面,主要为医学的研究,比如说,心血管疾病中,找到最容易出问题的那个血管等等。
好啦~~那个关于美食的畅想,是这样滴哈~~~首先是一张单色器滴大图:
看到图上那个白色滴冰柱么?那是单色器的冷却剂出口处,由于温度太低,所以冷凝的水,知道那个出品,喷的是什么么?——液氮啊,华丽丽滴液氮啊~液氮可以带来的华丽丽滴速冻冰淇淋啊~~~桔子和田不野同学做滴华丽丽滴N2冰淇淋啊~~~看到之时,我就不停地浮现出下面接一个搅拌机,里面装满冰淇淋原料的场景……整个上海光源,有N个单色器,有N个单色器,就有N个这样的出口,如果加上N个冰淇淋机~~~~啊~~~~
还有,翻来覆去,居然没能找到一张清晰的地面的特写,那就这张将就了哈~~~~~,为什么要给地面特写呢~~~我们可是站在十几米厚的水泥基上啊~~~~十几米啊~~~按三米层高算,那就是五六层楼高啊~~~~这值得一说~~~~
随着我们参观的结束,整个我的回顾也就结束了哈~~
以下是花絮了:
用雨伞指点江山的老孙~~(补充:以及抚颌沉思的奶茶同学)

花絮1
认真演示滴CHONPS老师:

花絮2.认真演示的CHONPS老师
躺着滴准备成像滴实验大鼠

花絮3.待人宰割的实验老鼠
照片滴完结篇:参观滴大部队~~~~

花絮4.参观的大部队(其实是小分队= =)
言归正传,感谢松鼠会,感谢达文西女王,感谢CHONPS,感谢老孙,感谢四月,等等此处省略N百字~~~~,能够有这次机会到上海光源的现场参观学习,真的是很有收获,专业上的先不论,一是自豪,这是我们国家自己动手的,里面用的设备也真是国产的居多。我们国人自己的东西。二是感动,上海光源是全年全天24小时不休的,这里的工作人员,在线站上的科研人员,有的时候,甚至N天不休息,比如说,带领我们参观的CHONPS老师,见到我们之时,她就已经就30多个小时没休息了,送完我们,她们还要接着继续下去,这些都是我国科研人员的代表,我也在朝着这个方向努力,我深为之感动。
这两点就够我回味许久。还记得风雨里和你相逢,早知道,早知道,如此匆匆,一定要,一定要,与你重逢。
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补充部分图片:

上海光源外观·模型

上海光源内部·模型

液氮冷却晶体单色仪

令人叹为观止的大厅
图中淡黄色的建筑便是我们参观的部分——线站。开始时所有的线站都是这样的大门紧闭,门上的三叶草表示赫然在目。后来……

线站内部的惊鸿一瞥
一名工作人员打开了这扇神秘的大门,我们得以窥视到线站内部的情形。

工作人员在实验工作台上安置小老老鼠
这便是那位打开神秘之门的英雄。他正在将实验用的小白鼠固定在作业台上。

我们也进入了线站

线站内的讲解

工作站内,看摄像头拍摄下的实验台老鼠脑动脉成像(图中黑色的细线便是造影剂在光束下的成像,有些类似医用CT。)









沙发~没机会去现场,看看介绍也不错~
板凳,头一次这么靠前,呵呵。
今年夏天可能就要去参与上海同步辐射的一些后续建设工作了,可惜还没去过,正好在这儿先解解眼馋……
哇。魔都欢迎您~而且下次带我们去更深入的地方吧~~~(期待地)
看到了~~~激动ing~~~
前两天,胡主席才刚去过~~~
好吧~~再挑个刺行么~~~
最后一张图片~~四月是不是配错图了呀~~
上面那个大屏幕上的是注射造影剂的微量泵的界面,永亭老师挡住了的电脑屏幕上的黑线,才是成像的结果~~~~
看到了~~~激动ing~~~
前两天,胡主席才刚去过~~~
好吧~~再挑个刺行么~~~
最后一张图片~~
上面那个大屏幕上的是注射造影剂的微量泵的界面,永亭老师挡住了的电脑屏幕上的黑线,才是成像的结果~~~~
不是说不要流传到国外吗?都贴到互联网上了如何不流传到国外?
其实光源的开放,和先进的制度也是使人振奋的
学习了。
那边的哥们老辛苦了。。。