文章华算科技系统梳理了中国同步辐射光源从北京第一代兼用装置BSRF到合肥第二代专用光源NSRL的“两代双城”布局，阐明其能区互补、技术迭代与南北协同的科学逻辑，并展望正在建设的北京HEPS和合肥HALF两大第四代衍射极限光源将如何以原子级分辨率、实时动态表征能力，在材料、生命、环境等前沿领域驱动科研创新，彰显中国以大科学装置体系化升级牵引创新链整体跃升的发展模式。
引言：同步辐射光源的科学价值与发展代际
同步辐射是接近光速运动的带电粒子在磁场中偏转时释放的电磁辐射，具有宽光谱、高亮度、高准直性、脉冲时间结构等独特优势。这种光源已成为材料科学、凝聚态物理、化学、生命科学、环境科学等领域不可替代的研究工具。全球同步辐射光源经历了四代技术演进：第一代为兼用光源（依附于高能物理实验），第二代为专用光源（优化亮度），第三代采用插入件技术显著提升性能，第四代则实现衍射极限存储环，亮度和相干性比第三代高出2-3个数量级。中国同步辐射装置的发展遵循这一技术路径，从北京延伸到合肥的战略布局体现了国家科研基础设施的体系化建设。
北京同步辐射装置（BSRF）：中国第一代光源的奠基之作
北京同步辐射装置（BSRF）作为中国同步辐射研究的起点，于1989年建成，1991年正式向用户开放。它是北京正负电子对撞机（BEPC）的组成部分，属于第一代兼用型光源。BSRF运行能量为2.5 GeV，束流电流达250 mA，配备3个实验大厅、5个插入件、14条光束线和14个实验站，覆盖从真空紫外到硬X射线的能量范围。其技术特色包括：
- 多学科应用平台：支持X射线衍射、成像、小角散射、生物大分子结构解析、X射线荧光分析、高压研究等十余种实验技术；
- 重大成果产出：在高压物理领域揭示多种材料在极端条件下的结构相变；2015年支撑了高效光催化剂设计与纳米材料研究；
- 持续升级迭代：通过BEPCII升级工程提升束流强度和稳定性，部分性能指标接近第二代光源水平。
合肥光源（NSRL）：第二代专用光源的技术跨越
合肥国家同步辐射实验室（NSRL）是中国首台专用型第二代光源，1989年出光。与BSRF的兼用特性不同，NSRL采用电子储存环专门产生同步辐射，通过优化磁铁结构提高亮度。其主要技术特征包括：
- 光束线规模：配备10条光束线和多个实验站；
- 核心实验技术：发展角分辨光电子能谱（ARPES）用于电子结构研究，X射线吸收精细结构（XAFS）分析原子价态与成键环境，以及蛋白质晶体高分辨解析技术；
- 能区覆盖：专注于低能区（真空紫外到软X射线），与BSRF的硬X射线能力形成互补。
NSRL的建成使中国同步辐射研究从”可用”迈向”专用”，支撑了凝聚态物理、结构生物学等前沿领域的实验方法创新。
南北协同：双城布局的科学逻辑与战略意义
北京与合肥的同步辐射设施布局体现了分能区、分代际的科学发展规划：
- 能区互补：BSRF覆盖高能硬X射线（适用于材料体相结构、高压研究），NSRL聚焦低能软X射线（适于表面科学、生物成像），形成能谱全覆盖能力；
- 技术迭代：从BSRF（一代）到NSRL（二代）实现了从兼用到专用、从基础到精专的技术跨越，为第三代（上海光源）和第四代光源建设奠定基础；
- 资源优化：北京依托中科院高能物理所加速器技术积累，合肥凭借中国科大等多学科用户基础，形成”技术-用户”双驱动模式。
这一布局使中国成为全球少数覆盖全能区同步辐射光源的国家。
第四代光源：HEPS与HALF引领未来创新
中国正在北京和合肥分别建设第四代衍射极限光源，代表同步辐射技术的最前沿：
- 高能同步辐射光源（HEPS） ：2019年启动建设，计划2025年建成。采用6 GeV能量和超低发射度存储环，亮度达10²² phs/(s·mm²·mrad²·0.1%BW)，配备90条光束线，支持纳米分辨率成像和动态过程研究；
- 合肥先进光源（HALF） ：2023年开工建设，计划2028年建成。作为低能区第四代光源，专注于软X射线波段，亮度比第三代光源高2-3个数量级。
第四代光源的科学突破潜力包括：
- 材料科学：原子尺度解析量子材料自旋态、电荷分布与轨道相互作用；
- 生命科学：亚细胞级动态成像、病毒宿主相互作用实时观测；
- 化学催化：单原子催化反应机理的原位表征。
同步辐射驱动的科研创新案例
尽管搜索结果未提供具体论文标题，但展现了装置的核心贡献领域：
- 材料科学创新：
- BSRF支持高压研究：揭示地幔矿物相变机制；
- NSRL的ARPES技术：拓扑绝缘体电子能带结构测量；
- 生物学应用：
- 蛋白质结构解析：NSRL的高分辨衍射技术助力膜蛋白结构研究；
- 细胞成像：软X射线断层扫描技术实现细胞器三维重构；
- 能源与环境：
- BSRF的光催化剂研究：设计可见光响应型催化材料；
- XAFS技术：重金属污染迁移转化过程追踪。
结论：大科学装置赋能创新生态
中国同步辐射装置从北京到合肥的发展历程，反映了国家科研基础设施体系的战略规划：从追赶到并行，最终迈向领先。BSRF和NSRL不仅提供实验平台，更培育了跨学科研究群落，推动了实验方法学创新（如高压衍射、相干成像等）。第四代光源HEPS和HALF将推动科学研究从”静态观测”走向”动态调控”，从”微米尺度”迈向”原子分辨率”，为材料基因工程、精准医学、低碳能源等战略领域提供核心研究手段。这种体系化、代际化的装置布局，彰显了中国以大科学装置驱动创新链整体跃升的科学发展模式。
【高端测试 找华算】
华算科技是专业的科研解决方案服务商，精于高端测试。拥有10余年球差电镜拍摄经验与同步辐射三代光源全球机时，500+博士/博士后团队护航，保质保量！
🏅已助力5️⃣0️⃣0️⃣0️⃣0️⃣➕篇科研成果在Nature&Science正刊及子刊、Angew、AFM、JACS等顶级期刊发表！
👉立即预约，抢占发表先机！
