上海光源是中國(guó)首臺(tái)第三代同步輻射光源，位于上海張江高科技園區(qū)，自2009年開(kāi)放運(yùn)行以來(lái)，已成為多學(xué)科前沿研究的重要支撐平臺(tái)。一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題是：為什么上海光源是圓的？這個(gè)“圓”的造型背后，蘊(yùn)含著粒子加速器物理、同步輻射原理以及工程優(yōu)化等多方面的科學(xué)與技術(shù)考量。\n\n需要明確的是，上海光源的核心是一臺(tái)電子儲(chǔ)存環(huán)，它的形狀并非普通意義上的圓形，而是由直線節(jié)和彎轉(zhuǎn)磁鐵交替連接而成的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，整體近似一個(gè)多邊形環(huán)，但宏觀上呈圓形。這種環(huán)形設(shè)計(jì)是同步輻射光源的典型布局，其根本原因在于：同步輻射的產(chǎn)生方式。\n\n同步輻射是電子在磁場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，沿切線方向發(fā)出的電磁輻射。為了讓電子持續(xù)產(chǎn)生輻射并被反復(fù)利用，必須使電子束在環(huán)中循環(huán)運(yùn)動(dòng)圈。如果采用直線加速器，電子一次性通過(guò)，輻射只能產(chǎn)生一次，效率極低。而環(huán)形儲(chǔ)存環(huán)能讓電子在閉環(huán)中運(yùn)行數(shù)小時(shí)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)彎轉(zhuǎn)磁鐵就發(fā)射一次同步輻射，從而持續(xù)產(chǎn)出高強(qiáng)度的光。\n\n具體到為什么是圓形（更準(zhǔn)確說(shuō)是閉合環(huán)形）：這是為了在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高能量電子的循環(huán)。電子在環(huán)形軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要彎轉(zhuǎn)磁鐵提供向心力。如果環(huán)的角度太大（比如直線加一段180度彎轉(zhuǎn)），建造和運(yùn)行成本劇增。最佳方案是不斷重復(fù)小型彎轉(zhuǎn)，使軌道形成多個(gè)弧段和直線段。總的輪廓自然形成一個(gè)近似圓的多邊形環(huán)，視覺(jué)上便呈現(xiàn)出圓形。上海光源儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)432米，由40個(gè)周期單元（每個(gè)單元內(nèi)含彎轉(zhuǎn)磁鐵、四極磁鐵等）組成，整體布局為一個(gè)大環(huán)，中央還有一個(gè)較小的增強(qiáng)器環(huán)也大致同心。因此外觀看上去像一個(gè)環(huán)中環(huán)。\n\n圓形（環(huán)形）設(shè)計(jì)有利于電子束的穩(wěn)定性和貯存壽命。環(huán)形結(jié)構(gòu)中電子橫向振蕩具有自然穩(wěn)定機(jī)制（如betatron振蕩和同步輻射阻尼），而扇區(qū)數(shù)多、彎轉(zhuǎn)均勻的多邊形環(huán)，可實(shí)現(xiàn)小的beam emittance（發(fā)射度），保證光源高亮度。同時(shí)弧形路徑允許分散布置插入件（undulator, wiggler）和各線站，同一環(huán)上可以引出幾十條光束線，極大地提高了光源利用效率。\n\n第三，從土地利用和成本看，先建一個(gè)主體環(huán)并把實(shí)驗(yàn)室圍繞環(huán)布置，也能縮短實(shí)驗(yàn)站到光源的距離，光束線短、光通量損失少。若按線條形加速器布局很難高效服務(wù)數(shù)十條用戶線站。所以由環(huán)形構(gòu)造可以環(huán)和線站的中心軸對(duì)齊形成一個(gè)完美的光子輸運(yùn)系統(tǒng)。\n\n還有環(huán)境微振動(dòng)也是極其重要一點(diǎn)：封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)有助縮小源點(diǎn)－光學(xué)系統(tǒng)間距，配合相應(yīng)的地基隔離和建筑構(gòu)型（圓形，同時(shí)帶有用直線段拓?fù)溥B接），降低周圍振動(dòng)的干擾，來(lái)提高相干性。但這些只是環(huán)形實(shí)驗(yàn)的意義并不表示圓形是最好的唯一建筑物形態(tài)；實(shí)質(zhì)源的關(guān)鍵仍是對(duì)束控與高亮度的鏡研究。實(shí)際上這座裝置的外圓標(biāo)志表現(xiàn)，其實(shí)就是加速器工科藝也是使用到的“高能上在接近封閉設(shè)計(jì)”以穩(wěn)性和效率主導(dǎo)的結(jié)果。更進(jìn)一步說(shuō)明:圍繞中央共享環(huán)（每間實(shí)驗(yàn)室位置很近）能夠提高高能設(shè)備級(jí)維護(hù)運(yùn)行協(xié)調(diào)周轉(zhuǎn)上的效率(這樣走管線不交叉或均勻分布,是很典觀).

顯然為什么會(huì)圓=這種加速器光源必須：它是由同步輻射輸出的特點(diǎn)、力學(xué)物理學(xué)與快速密集的拐彎布體使其具有以圓弧基礎(chǔ)環(huán)形拓?fù)洌蛔罱K為科研提供一個(gè)高品質(zhì)的偏″注：并非一個(gè)平面或準(zhǔn)確完全幾何中的真實(shí)的′零;它所組成的經(jīng)向外合成利用扇形交集合電子速度變;構(gòu)成曲線.畢竟大家常說(shuō)一切波動(dòng)的事物(如磁場(chǎng):磁極平受的作用產(chǎn)生的力的圓周走的結(jié)果)