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多学科研究中心简介
2009-09-17 | 【

高能所多学科研究中心成立于2006年,由原来的同步辐射室、核分析室、自由电子激光室合并组成。它拥有的对社会开放的大型科学研究平台包括依托北京正负电子对撞机的北京同步辐射装置(BSRF)、强流慢正电子源装置、北京自由电子激光装置(BFEL)等。多学科研究中心负责这些装置的运行、维护、改进和对外开放,同时积极开展依托这些大科学研究平台和核技术为特色的多学科交叉前沿领域的研究和应用。

高能所的发展目标是建成具有世界先进水平的、多学科、对国内外开放的、大型综合性研究基地。成立多学科研究中心的目的就是利用高能所先进的先进的射线技术、射线应用技术及核分析技术,,建立对国内外开放的多学科研究平台,开展凝聚态物理、化学、生物、材料、环境等方面的研究。

»北京同步辐射装置(BSRF

同步辐射是加速器中接近光速运动的电子在运动方向改变时所发射的电磁波,具有强度高,准直性好,能量范围广(从深紫外到硬X光)等优异特性,成为一种研究物质结构和电子结构的高性能光源。自上个世纪70年代以来,欧洲、美国、日本等发达国家纷纷建立了同步辐射装置,为多个学科的的交叉前沿研究提供先进的大型研究平台。所有的同步辐射装置都是以国家实验室的形式运作,一方面为本国甚至全世界的科学研究提供实验条件,一方面开展新型的实验技术、探测器技术等研究,成为多学科研究的中心。

北京同步辐射装置建成于1991年,经过两次升级改造,性能大幅度提高,是目前中国大陆唯一运行的硬X射线同步辐射装置。在近20年的开放过程中,为我国凝聚态物理、化学化工、生命科学、材料科学和环境科学的研究提供了一个坚实的实验平台,并且取得了一系列研究成果。北京正负电子对撞机重大改造工程完成后,同步辐射专用光运行的能量提高到2.5GeV,流强达到250毫安,用户急需的硬X强度将增加一个数量级,稳定性大幅度提高,多数光束线站能实现兼用光运行。

目前BSRF建有3个实验大厅,共有5个插入件,14条光束线和实验站。其研究领域涵盖了物理、纳米科学、材料科学、化学化工、生命科学、资源环境、医学等,每年为国内外用户提供不少于3个月的同步辐射专用光运行,部分光束线和实验站能在北京正负电子对撞机进行对撞物理运行时提供兼用光。每年有来自国内外的100多个研究机构和大学1000多名用户来BSRF进行300多个的实验。BSRF是国家纳米中心的协作实验室。

同时BSRF也开展具有特色的研究工作,如蛋白质晶体学、纳米材料、X射线相位衬度成像等研究,并积极推动同步辐射实验技术、实验方法和应用的发展和研究。

BSRF与国内外的同步辐射光源建立了广泛的合作研究与交流,并在BSRF停机期间为部分用户在国外同步辐射光源安排用光时间。

BSRF的光束线和实验站分布

用户研究领域分布

BSRF2003年建设成功了我国第一条基于多波长反常散射方法的生物大分子晶体学光束线和实验站, 2006年第二条新的生物大分子晶体学实验站也建成并投入运行。这两条光束线和实验站为我国结构生物学研究提供了可靠的实验基地,在3年的运行中,来自全国的蛋白质晶体学研究组一共向国际蛋白质数据库(PDB)提交了近50个结构,其中一些是具有重要生物学意义的蛋白质结构,如SARS病毒主蛋白酶及抑制剂复合物结构,高等植物捕光天线复合物LHCII,细菌效应蛋白AvrPto和植物中对应的抗性蛋白Pto的复合物结构等。

       

       

菠菜捕光膜蛋白3d结构

发现了第三种光合作用膜蛋白结构,它的部分衍射数据是在BSRF获得的。

 

SARS病毒主蛋白酶3CLMpro及抑制剂的复合作用,是SARS病毒中最重要的蛋白质之一,

SARS病毒整个生命周期中起着关键的调控作用,是药物设计专家特别关注的靶蛋白。

BSRF与北京大学生命科学学院、中科院微生物所开展合作,进行了枯草杆菌结构基因组、微生物硝基氧化酶的结构和功能等研究,在结构解析方法、蛋白质结构和功能研究方面取得了一系列的成果。

BSRF开展了同步辐射相位衬度成像的研究,建立了国内第一个完善的相位衬度成像及CT研究平台,在CT重建理论等方面取得了重要的进展,并将成像研究的成果应用到古生物研究方面,揭示了古生物进化的重大问题。

对贵州瓮安前寒武纪具极叶结构的磷酸盐岩化胚胎化石三维无损伤研究,

成功获得了古化石样品细小的(0.1~0.7mm) 内部空间的高分辨结构

BSRF建立了一套先进的高温高压实验平台,能够达到100万大气压,7000K的高温高压条件,为研究极端条件下的物质结构提供了有力的支持,这些研究是地球物理、新材料等领域新近发展起来的前沿。

 

» 中国科学院核分析技术重点实验室

中国科学院核分析技术重点实验室成立于1990年,是与上海应用物理所联合建立的,在科学院组织的历次重点实验室评估中均得到很高评价。实验室旨在在若干科学前沿和具有广泛应用前景的科学领域内更好地为国内外科学家创造条件、开展国内外学术交流和合作研究、培养人才,促进我国核分析技术及应用研究的发展。

文本框:  
白春礼常务副院长和陈和生所长为“国家纳米科学中心—高能物理研究所纳米生物效应与安全性联合实验室”揭牌
 
赵宇亮研究院应邀主编了。世界第一本《Nanotoxicology》专著,2007年5月在美国科学出版社出版
 小型PET的外观和内部结构
 长期稀土元素镧暴露对大
鼠脑区微量元素分布的影响
核分析技术是在实验核物理和核化学基础上发展起来的一门新型学科。其特点是利用粒子与物质的相互作用、辐射效应、核谱学和核效应等基本原理和实验方法,研究物质的原子和分子组成、表面状态和内部结构,它具有灵敏度高、准确度好、微区和微量分析、动态实时分析以及非破坏性等许多非核方法不具备的优点,因而具有重要的科学价值和应用前景。核分析技术重点实验室利用先进的核分析技术,结合同步辐射技术,在纳米生物效应与纳米安全性研究、核医学成像、与健康相关的环境科学研究、科技考古方法学研究等方面取得了重要的成果。

2001年核分析技术重点实验室在国内率先提出开展纳米安全性的研究,正式成立了我国第一个纳米生物效应与安全性实验室。2006年获得国家科技部人造纳米材料安全性与解决方案探索”973项目支持,并与国家纳米科学中心成立了联合实验室(设高能所分部和国家纳米中心分部)。纳米生物效应与安全性实验室利用化学技术,对纳米颗粒进行表面修饰和改性;利用纳米技术和同步辐射技术,对纳米颗粒进行各种表征;利用生物和医学技术研究纳米颗粒引起的各种生物效应;利用同位素标记与核分析技术实现体内纳米颗粒的检测。目前主要开展碳纳米材料、工业纳米材料、纳米药物,以及重金属的生物效应、毒理学与医学应用的综合研究。

核医学成像技术作为核技术在生物医学领域应用的一个方面,在获取人体或动物的机体功能信息方面具有不可替代的作用,目前已经得到广泛应用。中国科学院核分析技术重点实验室利用高能所在核探测方面的优势,成功研制出我国第一台专门用于动物实验的小型正电子发射断层扫描仪(小型PET),其性能达到国际同类产品的先进水平。已经为国内十几家大学、科研单位和医疗机构开展了200余只动物的PET成像实验。在此基础上,又开展了另一种动物实验专用的核医学成像设备——小型单光子发射断层扫描仪的研制。中国科学院核分析技术重点实验室还是我国最早开展PET图像数据处理的实验室之一。实验室已经初步建成了核医学成像研究与应用的实验平台。

从上世纪80年代起开始与健康相关的环境科学研究,以核分析技术为特色,从宏观生态系统到动物的整体、器官细胞和分子水平上多层次研究了重金属(汞、稀土、铅、铬及砷)、有机卤素污染物的环境分布、及其在动植物中的化学种态及毒理。研究水平不断提高,连续完成了科学院九五重大项目、十五重要方向性项目及九五基金委重点项目,正在承担基金委十五重大项目和科学院十一五重要方向性项目。同时获得多项国际合作项目资助,如欧盟的第6次框架协议项目、国际纯粹与应用化学联合会、国际原子能机构项目等。在国内外重要期刊发表论文超过300篇,其中有不少发表在环境科学、毒理学、分析化学及相关领域的一流刊物,如EHPES&TToxicol LettClin ChemJAASSci Total Environ, AnalystAnal Chim Acta等。八五以来,获国家2等奖1项、部委1等奖2项、二等奖3项,三等奖1项,全国百篇优秀博士论文1篇。学术带头人柴之芳院士获国际核分析与放射分析领域最高奖—“Hevesy,并得到国际原子能机构的表彰。

 

 

 

» 强流慢正电子束装置

慢正电子束流技术是研究材料微观结构的核分析方法,其特点是对原子尺度的缺陷非常敏感,通过调制低能正电子束流的能量,可以研究材料表面及其材料内部微观缺陷的变化和分布,是研究以膜层结构为基础的半导体材料、各种材料辐照改性和损伤等涉及材料微结构和电子结构的特色方法。

高能所经过多年的努力,建成了我国第一台基于电子直线加速器的强流慢正电子束装置。该装置具有慢正电子束流常规及符合多普勒展宽测量方法,并具备了慢正电子束流湮没寿命测量方法,其技术指标和性能达到了国际先进水平。该装置为开展材料科学和各类基础物理研究以及发展相关延伸技术等提供了科学研究平台,并面向全社会开放。

»科技考古

中国的古陶瓷是中国古代文明的瑰宝,对世界文化和现代文明都具有重要的影响。由于传统的文物研究和鉴定技术陈旧并存在一定的局限性,我国对考古意义重大的万年前后的陶片研究甚少,对具有重要年代特征的古陶瓷缺乏系统研究,古陶瓷产地和年代的分析鉴定和真伪鉴别缺乏足够的科学数据。

中国科学院核分析技术重点实验室将现代核科学技术用于古陶瓷分析、鉴定,系统研究我国古代文明发祥地之间的渊源关系,探明著名古陶瓷的材料来源、窑变机制和着色机理,为古陶瓷的断源、测年断代和真伪鉴别提供可靠的科学依据,这是考古学和陶瓷学基础研究的需要,也是学科发展的必然趋势,必将确立我国古陶瓷研究在世界上应有的位置,也会更大地提高中国古陶瓷在世界上的影响。

» 北京自由电子激光装置(BFEL

BFEL是一台工作在中红外波段的康普顿型自由电子激光器。1993年已实现基本稳定的出光,并在亚洲首次实现了饱和受激振荡。此后,该装置一直稳定运行至2003年,每年为用户提供出光时间约1000小时。

根据我院一所一址的方针,BFEL2005年启动了搬迁重建工程。 200710月,BFEL恢复正常出光,激光输出波长范围9.5~15um,最大输出能量超过8mJ。目前,BFEL仍然是国内唯一能够持续地实现受激振荡的自由电子激光装置。

BFEL以高亮度强流电子束为工作物质,电子束经加速管加速到30MeV左右注入由周期永磁铁构成的波荡器。在波荡中,电子束辐射的光脉冲被放置在两端的反射镜收集起来,构成一个谐振光学腔。在谐振腔中,后继的电子束与先前电子束产生的光脉冲不断地发生能量转换,使光信号获得最大的增益直至饱和。达到饱和的激光脉冲最终通过反射镜的耦合输出到光学测量台。

BFEL是多学科研究中心规划的三个实验平台之一。高能所努力提高装置性能以满足用户的要求,以期取得更多科研应用成果。

» 中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室简介

 中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室是在中科院知识创新工程的支持下,于2003年正式成立的我国第一个以纳米材料的生物安全性为研究方向的专业实验室。也是国际上纳米安全性研究领域最具影响的代表性实验室之一。

  实验室以纳米物质的生物效应这个新的科学问题为核心, 以健康安全的国家需求为导向,针对纳米结构以及纳米尺寸物质与生命过程相互作用所产生的新效应,新现象,新规律,开展纳米材料与毒理学、生物学和医学交叉研究。促进化学物理、生物医学与纳米科学和大科学平台的交叉。发展新的学科生长点。在前沿科技领域开展创新性研究,获取具有自主知识产权的创新成果,培养和凝聚创新性人才,构建高水平实验技术和国际学术交流平台。

  实验室2001年筹建,2003年正式成立,2005年获基金委重大项目支持,2006年获科技部纳米安全性”973项目支持,2007年实验室负责人在美国出版了纳米毒理学领域的世界上第一本英文专著《Nanotoxicology》;2003-2008年实验室的研究成果先后在相关领域的世界顶尖刊物发表SCI论文205篇,其中,影响因子IF≥10.0的论文18篇;影响因子IF≥6.0的论文48篇;影响因子IF≥4.0的论文86篇;申请或获得国际国内专利27项。在美国出版学术专著2部。此外,在国内发表论文60余篇。200812月实验室被评为中国科学院重点实验室。

 研究室现有研究员13人(百人计划9人,杰青2人),副研究员9人,助理研究员9人,高级工程师与高级实验师6人,工程师与实验师和实验师2人,秘书2人,博士后6人,中科院研究生52人,联合培养(其他大学的)研究生18人。

 五年来实验室负责和承担各类科研项目56项。包括973项目2项;973课题和973预研项目14项;863课题2项;基金委重大项目3项;国家杰出青年基金3项;百人计划项目8项;大型仪器改造项目2项;面上项目12项;中科院知识创新工程重大项目1项;中科院知识创新工程方向性项目2项。国际原子能机构(IAEA)项目2项,欧盟框架协议等国际合作项目4项,横向协作项目1项。

  目前实验室面积有3000余平方的专用面积,4748.29万元专用设备(单价大于20万元的实验设备)。此外,实验室依托于两个国家级的大型研究平台:(1)国家纳米中心的纳米检测公共平台,(2)高能所的同步辐射装置公共平台。

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