巴西欲借同步加速器项目领跑拉美科学
2013年04月29日
作者：段歆涔
来源：中国科学报
巴西欲借同步加速器项目领跑拉美科学
Ricardo Rodrigues表示，Sirius将是一个更大、更明亮的X射线源。图片来源：《科学》
■本报实习生 段歆涔
近30年前，巴西圣保罗大学的年轻工程师Ricardo Rodrigues白手起家帮助建造1台同步加速器。对于他来说这绝非易事，由于资金不稳定和缺乏专业人才，他和巴西同事遇到了很多阻碍。1997年，在巴西坎皮纳斯市，这个被称为UVX的机器投入运转，与先进性相比，其手工艺性更突出。但是巴西同步光源实验室（LNLS）的工程主管、负责安置UVX的Rodrigues表示，他不会因为这一殊荣而不思进取：他获得第二次机会来建造自己梦想中的机器。
下月初，LNLS的科学家将开工建造Sirius—— 一台同步加速器X射线源，其能量和亮度都能与当今世界上最好的同类型机器分庭抗礼。布宜诺斯艾利斯大学化学家、阿根廷国家原子能委员会成员Galo Soler-Illia说，这个价值3.3亿美元的项目是巴西走在拉丁美洲科学领域前列的最新标志。2011年供职于LNLS科学委员会的Soler-Illia说，虽然该地区其他国家都回避在科学上的巨额投资，但这些巴西人却在建造Sirius 。他将Sirius称为拉丁美洲的“灿烂之星”。
在很多方面，UVX是一个艰巨的挑战。它必须被凭空创造出来。Rodrigues说：“当我们开始建造UVX时，巴西只有5个人曾用过同步加速器辐射，我就是其中之一。”20世纪70年代，Rodrigues在英国伦敦大学国王学院攻读博士后期间，曾在汉堡的德国电子同步加速器研究所工作过。由于缺乏资金和科学资源，UVX无法聘请外国研究者来工作，因此他所雇佣的人员大多是年轻的巴西科学家，或是刚从大学毕业寻找第一份工作的工程师。他说：“他们必须边干边学。”那时飞涨的通货膨胀让他们无法从海外购买设备，地方工业缺乏技术技能来制造诸如磁铁和真空管线等部件。因此，Rodrigues和他的团队用手工建造了这台机器。
最终他们的辛勤劳动有了回报。科学家专程从德国和挪威赶来，使用这台拉丁美洲唯一的同步加速器。但是在大约1500名使用者中，大部分来自巴西，他们主要的研究兴趣集中在长期受惠于同步加速器的领域，例如材料科学、凝聚态物理学和结构生物学。有影响力的石油公司如巴西石油公司和巴西化学公司也依赖UVX进行研究与开发。
当UVX的本地用户不断增长的时候，这台14亿电子伏特的机器却已不能适应当下的科研需求。LNLS主任、物理学家José Roque说：“它是第二代机器，能量相对较低，发射率大，因此亮度也低。”这些使其无法跟上适用于诸如3D纳米成像等领域的第三代机器。因此，许多原先从UVX起步的巴西科学家选择出国去推进他们的研究——UVX被寄希望于阻止此类型的巴西人才外流。
LNLS意识到UVX曾经帮助整整一代巴西科学家在科研道路上前进，而现在他们已然走得比UVX更远。2009年，实验室希望已自己开设科技公司的Rodrigues回到这里，建造一台更大更好的同步加速器。巴西科技部也提供了最大份额的资金；Roque 希望争取更多来自其他机构和公司（如巴西石油公司）的支持。
直径165米的Sirius 大小是UVX的5.5倍。它30亿电子伏特的能量使其和英国的钻石光源以及法国的SOLEIL不相上下。发射率方面，Sirius要胜过它的对手。低发射度产生的明亮窄束X射线在纳米结构材料（范围从石油到细菌再到化石）成像方面更加有用。Sirius将为成为世界上最低发射率机器之一而自豪：0.28纳米的弧度。LNLS的科技总监Harry Westfahl说，对于那些已经习惯UVX100纳米弧度的科学家而言，“这种感觉就像从旧电视到高清晰度电视，突然间，你看到的一切都更明亮了”。
在完成美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校的博士后研究后，2001年，Westfahl回到了家乡，领导LNLS的理论团队。目前，他正监督Sirius第一批13个光束线的建造。（最终，Sirius将有空间容纳40个光束线。）他希望，他们的尖端实验站能吸引更多在海外的巴西科学家归国。预计整个拉丁美洲的科学家也将因为这个新设备蜂拥而至。
然而，Rodrigues和同事必须第二次拿出他们的聪明才智和胆识。Westfahl说，如此低发射强度的光学机器是当前人类制造水平的极限。Sirius团队必须聘请一大批科学家，以完成其雄心勃勃的目标——于2017年首次启用。美国加利福尼亚SLAC国家加速器实验室主任Chi-Chang Kao预测，LNLS团队将成功应对挑战。他说：“他们之前已经完成过这样的任务。这一次仅仅是规模上更大而已。”
至于UVX，Rodrigues对他的处女作割舍不下。他说：“虽然Sirius能更好完成UVX所做的所有工作，但如果我们能保持UVX在别的地方继续运行，这将是很棒的。也许将储存环转移到其他希望启动同步加速器科学项目的国家是一条不错的途径，我对此事乐见其成。”
《中国科学报》 (2013-04-29 第3版 国际)