什么是同步辐射R空间？
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浦项加速器实验室（PAL）的浦项光源（PLS）是第三代同步辐射光源，也是韩国唯一的同步辐射设施，世界上第五台此类设备。
该设施于1988年启动建设，1994年完工，1995年正式投入运行，初始电子束能量为2.0 GeV，2002年升级至2.5 GeV。截至2009年2月，PLS已建成27条光束线，另有3条在建，光束提供率超过98%。
近年来，为满足前沿科研需求（如蛋白质晶体学和纳米科学），PLS致力于降低光束发射度、提高光子能量（8-25 keV），并通过波荡器高次谐波（最高至七次谐波）产生高亮度硬X射线。
这一技术已在全球同步辐射设施中广泛应用，而韩国科研界也迫切需求更高亮度的硬X射线以推动尖端研究。
图1： PLS俯瞰图
表1： PLS储存环主要参数
为满足韩国科学界对增加插入装置数量、提升光束质量（包括更高的光束稳定性、更小的光束尺寸、更高的亮度和能量）的需求，浦项光源项目（PLS-II）于2009年完成升级，历时三年，耗资1亿美元。
图2：PLS实验大厅
PLS-II的主要目标包括：增加直线段以容纳更多插入装置、将电子束能量从2.5 GeV提升至3.0 GeV、将储存束流从200 mA提高至400 mA、实现5.6 nm·rad的低发射度，并优化光束稳定性（见表2）。
2011年（项目最后阶段），现有PLS设施将暂停运行以安装新组件，并完成PLS-II第一阶段调试（目标100 mA/3.0 GeV）。新建光束线和实验站将配备新型插入装置（真空波荡器和扭摆器），同时保留现有插入装置光束线。PLS-II在2012年正式开放用户实验。
图3：PLS线站设施
表2： PLS-II项目主要目标
此外，浦项加速器实验室（PAL）还建设了基于自放大自发辐射X射线自由电子激光（SASE XFEL）的第四代光源，耗资4亿美金。目标输出波长为0.1 nm。表3列出了PAL XFEL的主要参数，图4则展示了其整体布局设计。
表3：浦项自由电子激光装置（PAL XFEL）主要技术参数
该第四代光源的峰值亮度可达当前浦项光源（PLS）的10¹⁰倍，并能产生短至100飞秒（fs）的超短脉冲。
建射的PAL XFEL采用激光辅助射频光电阴极枪产生高密度电子束，并通过快速加速至数兆电子伏（MeV）以降低空间电荷效应。电子随后进入注入器直线加速器，动能提升至135 MeV，此时归一化横向发射度小于1 mm·mrad，脉冲长度为3皮秒（ps）。
图4：浦项自由电子激光装置（PAL XFEL）总体布局示意图
为进一步压缩脉冲长度，系统配备两级聚束压缩机（即“之字形“磁铁结构），分别位于420 MeV和2.84 GeV能量段，可将均方根（rms）束团长度压缩至100 fs。
经过第二级聚束压缩机后，电子束的归一化均方根发射度为1.1 mm·mrad，并在后续加速至10 GeV能量过程中保持稳定。
直线加速器总长550米。电子束随后通过由四块偏转磁铁构成的“dog-leg”传输系统进入波荡器区，传输线总长约50米。电子进入100米长的波荡器系统后，束团化过程沿波荡器逐步增强，直至空间电荷斥力与能量扩散效应达到饱和状态。
此时微束团功率呈指数增长，输出辐射具有部分相干性，脉冲长度约100 fs。峰值亮度可达10³²光子/(s·mm²·mrad²·0.1%带宽)，比第三代同步辐射光源高10⁸-10¹⁰倍（图5-6展示了与第三代光源的对比）。
硬X射线（0.1 nm）将分支出三条光束线（包括相干成像线站、飞秒化学线站等），另有三条软X射线（1.2-4.0 nm）线站，以及三条基于2.84 GeV电子束的波长>10 nm线站。
图5：平均亮度性能指标对比
图6：峰值亮度性能对比
浦项光源（PLS）、浦项光源二期（PLS-II）以及XFEL是韩国真正的科学基础设施，不仅在国际材料科学领域享有高度声誉和吸引力，同时也广泛服务于其他多个科学领域的研究工作。
下文将重点介绍浦项光源（PLS）在蛋白质X射线晶体学、小角X射线散射、X射线衍射以及光电子能谱等领域取得的最新科研突破。
蛋白质X射线晶体学
在生物大分子晶体学光束线站，研究人员对多种疾病相关蛋白质及多聚核酸（DNA与RNA）的生物活性结构进行了研究。
例如：成功解析了人类磷酸二酯酶5（PDE5）催化结构域（残基537-860）与三种药物分子——万艾可®（西地那非）、希爱力®（他达拉非）和艾力达®（伐地那非）的复合物三维结构（图7）。
该酶属于降解细胞内第二信使cAMP/cGMP的超家族，是治疗心力衰竭、抑郁症、哮喘、炎症及勃起功能障碍等疾病的靶点，相关结构为设计高选择性PDE抑制剂提供了重要依据。
图7：PDE5 与复合物的活性位点
（Nature 425, 98–102 (2003)）
详细研究了TLR4-MD-2复合物与内毒素拮抗剂Eritoran的结合结构，揭示了脂多糖识别的分子机制。解析了与癫痫等脑功能障碍相关的琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）结构。
该酶是人脑抑制性神经递质（GABA）代谢的关键蛋白，其缺陷会导致精神运动迟滞、语言障碍、行为异常及惊厥等症状。首次阐明了B型DNA与Z型DNA连接处的结构特征，发现两处突出的碱基位点。
小角X射线散射研究成果
在小角X射线散射（SAXS）光束线站，研究人员开发并广泛应用掠入射X射线散射（GIXS）技术，对多种有机/无机功能材料（包括聚合物）构成的纳米结构体系进行了深入研究。
（1）先进半导体芯片
采用树枝状分子球和星形聚合物，通过热压印技术制备了超低介电常数（k值）纳米多孔有机硅酸盐介电薄膜，该材料对先进半导体芯片开发具有重要意义，其精细结构已通过GIXS技术全面解析。
（2）太阳能电池
基于聚（3-己基噻吩）（P3HT）与富勒烯衍生物的复合材料，通过GIXS分析发现其高性能与P3HT基质的结构取向密切相关。
（3）生物大分子
SAXS技术已拓展应用于蛋白质和多聚核酸的结构分析，包括：天然状态下的构象研究与药物等配体形成的复合物结构解析。
图8：包含 Z左手 – DNA 和右手 B – DNA 连接处的 15 个碱基对 DNA 结构的范德华视图
（Nature, 437, 1183 (2005)）
X射线衍射
在 X 射线衍射光束线上，详细研究了多种硬质和软质材料，包括具有特定特征、图案和多层结构的样品。确定了多铁性六角锰氧化物中巨大的磁弹耦合。这种在 RMnO₃ 中的巨型磁弹耦合，是这类引人入胜的材料中最近观察到的磁电现象的关键。
对 TbMn₂O₅ 单晶进行了全面的 X 射线散射研究，包括在 Mn L、Tb L 和 M 边缘的共振散射，以获取晶体学数据，阐明其共格和非共格相的性质。
散射结果提供了由磁诱导晶格调制驱动的铁电相对称性降低的直接证据，并显示出多个磁序的存在；低温非共格相由共格畴组成，这些畴由反相畴壁分隔，反相畴壁同时改变了自发极化的符号和X 射线散射振幅，用于禁戒反射。
一种具有可调中孔性的结晶沸石，通过亲水性有机硅烷导向合成制备，得到了定量表征，确认了合成具有可调中孔性和强酸性的结晶铝硅酸盐材料，在大分子的催化反应中具有潜在的重要技术意义，而传统的中孔材料缺乏水热稳定性和酸性。
图9： 在150℃水热合成介孔MFI沸石过程中，不同反应时间后沉淀产物的粉末XRD图谱。
（（Nat. Mater., 5, 718 (2006)）
角分辨光电子能谱
在光电子能谱光束线上，研究了几种纳structured、磁性和半导体材料及样品。研究了 delafossite 型 PdCoO₂ 的电子结构，以探测其费米面和角分辨光电子能谱（ARPES）。
新鲜解理的 PdCoO₂ 表面显示出三个费米面（图 9（a）），其中两个来自解理表面，另一个来自块体材料，如基于第一性原理的能带计算所示（图 9（c）和（d））。样品的热循环去除了表面态，只显示出一个来自块体的费米面，提供了 PdCoO₂ 块体电子结构的信息。
ARPES 谱显示了一个分散的 Pd 4d 轨道，解释了 PdCoO₂ 的有效金属导电性。单分散多磁畴磁性纳米晶体，对于下一代多太比特磁存储介质至关重要，最近在超大规模上制备，并详细表征了其结构和性能。
研究了室温下 Cu 掺杂 GaN 纳米线中的铁磁性 ，以及由相对论自旋轨道耦合在 Sr₂IrO₄ 中诱导的新型 J_eff=1/2 Mott 状态和泪滴形超细 SnP₀.₉₄ 粒子中的可逆锂插层（用于锂离子电池）。
图10：（a）新鲜解理的 PdCoO₂ 表面的费米面；（b）沿 G–M 方向的角分辨光电子能谱（ARPES）；（c）基于第一性原理计算的能带计算得到的费米面；（d）沿 G–M 方向计算得到的能带色散；（e）移除表面态后的费米面。
（Phys. Rev. Lett. 102, 256404 (2009)）