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同步辐射之“刀”如何更锋利

科学时报 2005-12-28

  同步辐射在众多前沿学科领域有着广泛应用,被比作加工微观世界的一把锋利的“刀”。近日,以“同步辐射在产业领域中应用”为主题的上海东方科技论坛召开,专家研讨――同步辐射之“刀”如何更锋利。

  同步辐射装置能够提供从硬X射线到远红外波段的高亮度光束,具有非常广泛的用途。自上世纪90年代以来,国际上已先后建成了十多台高亮度的第三代同步辐射光源,我国也已在上海开工建造第三代同步辐射装置――“上海光源”。高亮度第三代同步辐射光源的陆续问世,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的前景。

  12月23日~24日,在上海举行的以“同步辐射在产业领域中应用”为主题的东方科技论坛上,来自新加坡、日本和国内各大科研院所、高校、企业的几十名院士和专家,分析了国内外同步辐射在各个产业领域中的应用现状与发展趋势,讨论了我国同步辐射产业应用的未来发展策略及主要应用方向,探讨如何利用上海光源建造的契机,推动同步辐射在产业领域的应用,并就同步辐射在石油、化工、环保、医药等涉及国计民生的许多重要领域中的应用进行了深入研讨。

  “同步辐射也是加工微观世界的一把锋利的‘刀’。”中科院上海技物所的陆卫研究员如是说。他解释,利用同步辐射X射线光刻技术,已经将刻蚀线宽缩小到15纳米以下,这将大大提高半导体器件的集成能力。利用LIGA(伴随着同步辐射光装置的出现而逐步发展起来的一种微细加工技术)制造出的微泵、微型电机、光纤连接器、光栅单色器、陀螺仪和加速度传感器等零件在汽车、航天、医疗器械等领域都有重要的应用。X射线干涉光刻技术(XIL)是最近几年才出现的新型微纳加工技术,可以开展几十甚至几个纳米尺度的微纳加工,制造适用于生物自组装技术研究的大面积规则结构。与传统的电子束刻蚀和原子力显微镜刻蚀手段相比具有大产出的特点、有规模生产的可能性。据悉,日、美的微电子产业界已充分注意到此点,竞相利用同步辐射装置发展相关技术。

  上海药物所蒋华良教授认为,同步辐射在制药工业中有着广泛的应用。利用同步辐射X光测定药物靶蛋白结构,然后用计算机辅助设计药物分子结构,快速寻找和确定药物靶点,再进行合成与筛选,最后确定药物,可大大提高药物筛选的效率、缩短新药物研制的周期;此外利用同步光源极化X光开展手性药物筛选,也具有传统方法不可比拟的优势。

  同步辐射在环保产业中也有广泛应用――利用超富集植物进行环境污染治理是当前环境科学中的一个热点研究领域。它具有投资小、维护成本低、不产生二次污染等诸多优点,在国际上被称之为“绿色修复技术”。通过同步辐射扩展X射线吸收精细结构(SR  EXAFS)研究了超富集植物(大叶井口边草)中砷的化学形态(价态、元素配位)及其在植物体中的转化规律。与传统方法相比,利用EXAFS手段测定植物中的砷不需要经过复杂的化学提取过程,而且可以避免提取过程对化学性质的改变,为超富集植物的筛选提供了强有力的手段。

  上海石化研究院谢在库教授在报告中说,同步辐射在石油化学工业中的应用,主要是通过催化剂催化机理的研究来提高催化效率,涉及催化反应过程的元素和结构分析等,其水平的高低直接影响石油化学工业的效率和产出。

  中科院地理科学和资源所的陈同斌教授认为,聚焦光束的高压衍射技术使人类在实验室里已经能够制造出如同在地球中心处一样巨大的压力,为人们提供了研究高压状态下物质结构的有效手段,除了在地学中的应用外,还在基础研究方面开辟了新的领域(例如金属氢),同时还带来了巨大的产业机会(例如人工合成金刚石等等)。

  上海应用物理所所长、上海光源工程指挥部总经理徐洪杰介绍说,在过去的十几年间,同步辐射的各种技术和应用取得长足的发展,随着新的高性能同步辐射光源的涌现,可以预见,同步辐射的各种技术和应用仍然将不断取得新的进展。我国这方面的应用研究尚在起步,随着上海光源的建成,同步辐射在产业领域的应用可望得到迅速发展。


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