文|锐资

编辑|锐资

前言：

家人们，如果想在原子、分子层面看清物质的真面目，比如搞懂病毒结构、分析文物成分，甚至观察原子怎么排列，科学家一定会给你推荐一个“高冷神器”，同步辐射。

光听名字，是不是觉得又玄又难理解？其实它一点都不神秘，反而藏着改变世界的大能量，咱们用大白话慢慢唠。

解密高冷名词：同步辐射到底是什么？

先搞清楚核心问题：同步辐射到底是啥？说白了，它就是高速运动的带电粒子（比如电子）在电磁场作用下，拐弯时从切线方向甩出来的电磁辐射。

你可以这么想象：电子像个跑得飞快的运动员，以接近光速往前冲，突然被磁铁“拽”了个急转弯，它身上就会甩出一束超亮、能量超高的光，这束光就是同步辐射。

还有个更形象的比喻：就像下雨天你拿着雨伞快速旋转，伞边缘的水珠会沿着切线方向飞出去一样，电子拐弯时“甩”出的光，跟水珠的运动轨迹原理差不多。这么一想，是不是瞬间就好理解了？

这个神奇的现象，是1947年偶然发现的。当时在美国纽约州斯克内克塔迪的实验室里，科学家们正在调试新建成的70MeV电子同步加速器，突然看到了一束强烈的蓝白色弧光。

经过分析才知道，这是加速运动的电子产生的光辐射，从此它就有了“同步加速器辐射”这个名字，咱们中国简称为“同步辐射”。

可能有人会问：同步辐射只能在实验室里造出来吗？当然不是！自然界里也有这种“神奇之光”。

比如高速电子绕着黑洞、中子星旋转的时候，就会发出同步辐射。天文学家就是靠捕捉这种光，来研究这些遥远又神秘的天体。

像蟹状星云中，科学家就已经发现了同步辐射的踪迹，NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜还拍到过相关细节，照片里同步辐射被标注成了白色。

自从1947年被发现后，同步辐射就成了科学界的“香饽饽”。截至现在，全世界已经建成的同步辐射装置有60多个，还有近10个正在建设或设计中。

而且这几十年里，同步辐射光源一直在升级迭代，从“兼职选手”变成了“专业大咖”，一共发展出了四代。

四代迭代：同步辐射光源的“升级之路”

第一代同步辐射光源是20世纪60年代到70年代初出现的，说起来还挺“随缘”，它们不是专门为了产生同步辐射建的，而是高能物理实验的“副产品”。

当时主要依附于大型正负电子对撞机，比如北京正负电子对撞机国家实验室（BEPC）的同步辐射装置（BSRF）。

但问题是，同步辐射和高能物理实验的需求不一样，所以第一代光源的性能和应用都很受限，就像兼职干活的，没法全身心投入。

到了70年代中期，情况就不一样了，专门用来产生同步辐射光的设施开始建造，这就是第二代光源。

它们主要靠弯转磁铁产生同步辐射，比如合肥国家同步辐射实验装置。也是在这个时候，科学家们开始用扭摆器的强磁场装置来增强辐射，让光源的性能更上一层楼。

再后来，通过优化直线段中的磁结构（比如扭摆器和波荡器），第三代光源应运而生。

这一代光源的性能大幅提升，应用范围也更广了，比如位于法国格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置、中国台湾同步辐射研究中心，还有咱们熟悉的上海光源，都属于第三代。

现在最先进的是第四代同步辐射光源，也叫衍射极限光源。它通过新型加速器结构实现了极低发射度，还在束线设计中强化了X射线相干性，亮度和相干性都比之前提升了好几个档次。

目前世界各国都在大力投资建设，已经建成的有瑞典的MAX-IV、巴西的Sirius、欧洲的ESRF-EBS。

正在建的包括美国的APS-U，还有咱们中国的北京怀柔高能同步辐射光源（HEPS）和合肥先进光源（HALF），未来潜力无限。

可能有人会觉得，这种高科技设备离咱们的生活太远了？其实不然！同步辐射虽然名字高冷，但它可是现代科学的“超级显微镜”和“超级摄像机”。

能让我们看清肉眼根本看不到的微观世界，还推动着医学、能源、信息技术、材料、化学、地质等多个领域的进步，跟咱们的生活息息相关。

就拿疫情来说，当初新冠病毒肆虐的时候，科学家就是利用上海同步辐射，快速解析了新冠病毒关键蛋白的结构。

正是有了这个关键信息，疫苗和药物的研发才少走了很多弯路，为抗疫争取了宝贵时间。

还有更厉害的：近几十年里，有五届诺贝尔化学奖的获得者，他们的研究成果都直接用到了同步辐射光源。可以说，很多重大科学突破的背后，都有同步辐射的功劳。

比如在考古领域，用同步辐射能在不损坏文物的前提下，分析文物的成分和内部结构。想知道古代青铜器是怎么铸造的？

书画上的颜料是什么成分？同步辐射一“扫”就真相大白，比传统检测方法精准又安全。

结语：藏在微观世界里的“科研功臣”

在材料科学领域，科学家能用它观察材料内部的原子排列，研发出性能更好的新材料。不管是手机里的芯片，还是新能源汽车的电池，都可能用到同步辐射的研究成果。

在医学领域，除了解析病毒结构，同步辐射还能帮助科学家研究疾病的发病机制，开发更有效的治疗方案。

比如观察癌细胞的细微变化，或者分析药物在体内的作用过程，都离不开它的“火眼金睛”。

这么看来，同步辐射真的是个“万能神器”，从基础科研到实际应用，从遥远的天体研究到身边的民生科技，它都在默默发力。

虽然我们平时看不到它，但它已经悄悄融入了生活的方方面面，推动着世界不断进步。

下次再听说某项重大科学突破时，说不定背后就有同步辐射的一份功劳。这个名字高冷、实力超强的“超级神器”，还会在未来的科研道路上，给我们带来更多惊喜，解锁更多微观世界的奥秘。