同步輻射 未來科學神燈
2005/06/05
國家同步輻射研究中心主任陳建德指出,同步輻射發出的光源既高且強,能看清各種物質最細微的結構,生物醫學、奈米材料、半導體、環境科學、化學等,廿多年來都因同步輻射而快速發展,也讓同步輻射被科學家稱為「照亮科學的神燈」。 陳建德說,國內首座同步輻射(即同步加速器光源)在1993年啟用,亦為世界第3座、亞洲第一座第3代同步加速器,能量高達15億電子伏特;但因科學發展快速,這座同步加速器已不敷使用,同步輻射中心與國科會將把這座同步加速器能量提升至30至33億電子伏特;若預算獲立法院支持,預計6至7年可完成。 由國科會與聯合報、公共電視、科學人雜誌、中廣公司、News98 合辦、中央大學理學院科學教育中心承辦的「2005展望演講春季系列—物理光耀世界,紀念1905物理奇蹟年的100周年」,最後一場演講,由中央研究院院士、國家同步輻射研究中心主任陳建德主講「未來科學神燈-台灣光子源之願景」。 陳建德表示,美國通用電器公司1947年意外發現,以同步加速器加速電子後,讓電子以接近光速前進並受到磁場作用,發生偏轉的超高速圓周運動時,會發出電磁波,這個電磁波不是向四面八方散射,而是按照愛因斯坦的相對論效應,朝切線方向放射出集中在百分之幾度內的薄片狀電磁波,因此命名為「同步加速器輻射」,也稱為「同步加速器光源」。 科學家陸續發現,同步輻射在紅外光、紫外光,尤其是X光波段,應用在研究物質與生命科學上威力無窮,涵蓋的研究範疇遠遠超越傳統的光學顯微鏡及電子顯微鏡;世界科技先進國家紛紛開始投入鉅資,興建同步輻射;國內的同步輻射也在1993年興建完成,並在4月13日首次出光,開啟了「台灣光源」;並在隔年開放學術界及科技界申請使用。 陳建德說,同步輻射的特色為強度極高、波長連續、準直性佳、光束截面積小及具有時間脈波性及偏振性;同步輻射在X光波段上發出的亮度,比X光強數百萬倍,過去用X光得花幾個月才能完成的實驗,改用同步輻射,只要幾分鐘就有結果;以往因實驗光源不足,無法探測的結構,在同步輻射的強大光源下,也一一現形,許多新研究領域因此誕生。 例如,原本以X光照射,只能看出人體肝臟有無異狀;用同步輻射照射後,肝臟內的肌肉、神經細胞的分布區塊,全都一清二楚,可立即找出發生病變的確實原因;陳建德說,同步輻射讓醫學技術進步的速度,難以想像。 陳建德還說,狹義相對論預期電子的軌道半徑,及其偏轉所需的磁場大小,應比牛頓古典力學理論計算值大約40倍;台灣的同步加速器偏轉磁鐵的磁場強度,為牛頓古典力學理論計算值的38.311倍,幾乎完全吻合,不得不令科學家讚嘆愛因斯坦的偉大。 他表示,全世界目前已有70多座同步加速器,其中美國就占有10多座,日本也有6座,法國、英國、西班牙、中國大陸、約旦、阿美尼亞及澳洲等國,也開始建造低束散、中高能量的第三代同步加速器,且能量均遠高於台灣的同步加速器,證實興建同步加速器提升生物醫學、奈米科學等最熱門科學的研究水準,已是世界各國共識。 陳建德說,國內基因體生命科學研究團隊近年來因利用同步輻射,已陸續探測出多個新的蛋白質結構,使台灣成為生命科學領域基礎研究最重要地區之一;奈米科學也因需探測極小的分子,必須有更足夠的光源,才能研發出更新的奈米材料;台灣必須立刻提升國內同步加速器的能量,建立全球最亮的X光光源,才能繼續維持台灣科學發展的國際優勢。
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