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多學科研究中心简介
 

高能所多學科研究中心成立于2006年,由原來的同步輻射室、核分析室、自由電子激光室合並組成。它擁有的對社會開放的大型科學研究平台包括依托北京正負電子對撞機的北京同步輻射裝置(BSRF)、強流慢正電子源裝置、北京自由電子激光裝置(BFEL)等。多學科研究中心负责这些装置的运行、维护、改进和对外开放,同時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。成立多學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。

?北京同步輻射裝置(BSRF

同步輻射是加速器中接近光速運動的電子在運動方向改變時所發射的電磁波,具有強度高,准直性好,能量範圍廣(從深紫外到硬X光)等優異特性,成爲一種研究物質結構和電子結構的高性能光源。自上個世紀70年代以來,歐洲、美國、日本等發達國家紛紛建立了同步輻射裝置,爲多個學科的的交叉前沿研究提供先進的大型研究平台。所有的同步輻射裝置都是以國家實驗室的形式運作,一方面爲本國甚至全世界的科學研究提供實驗條件,一方面開展新型的實驗技術、探測器技術等研究,成爲多學科研究的中心。

北京同步輻射裝置建成于1991年,經過兩次升級改造,性能大幅度提高,是目前中國大陸唯一運行的硬X射線同步輻射裝置。在近20年的開放過程中,爲我國凝聚態物理、化學化工、生命科學、材料科學和環境科學的研究提供了一個堅實的實驗平台,並且取得了一系列研究成果。北京正負電子對撞機重大改造工程完成後,同步輻射專用光運行的能量提高到2.5GeV,流強達到250毫安,用戶急需的硬X強度將增加一個數量級,穩定性大幅度提高,多數光束線站能實現兼用光運行。

目前BSRF建有3個實驗大廳,共有5個插入件,14條光束線和實驗站。其研究領域涵蓋了物理、納米科學、材料科學、化學化工、生命科學、資源環境、醫學等,每年爲國內外用戶提供不少于3個月的同步輻射專用光運行,部分光束線和實驗站能在北京正負電子對撞機進行對撞物理運行時提供兼用光。每年有來自國內外的100多個研究機構和大學1000多名用戶來BSRF進行300多個的實驗。BSRF是國家納米中心的協作實驗室。

同時BSRF也開展具有特色的研究工作,如蛋白質晶體學、納米材料、X射線相位襯度成像等研究,並積極推動同步輻射實驗技術、實驗方法和應用的發展和研究。

BSRF與國內外的同步輻射光源建立了廣泛的合作研究與交流,並在BSRF停機期間爲部分用戶在國外同步輻射光源安排用光時間。

BSRF的光束線和實驗站分布

用戶研究領域分布

BSRF2003年建設成功了我國第一條基于多波長反常散射方法的生物大分子晶體學光束線和實驗站, 2006年第二條新的生物大分子晶體學實驗站也建成並投入運行。這兩條光束線和實驗站爲我國結構生物學研究提供了可靠的實驗基地,在3年的運行中,來自全國的蛋白質晶體學研究組一共向國際蛋白質數據庫(PDB)提交了近50個結構,其中一些是具有重要生物學意義的蛋白質結構,如SARS病毒主蛋白酶及抑制劑複合物結構,高等植物捕光天線複合物LHCII,細菌效應蛋白AvrPto和植物中對應的抗性蛋白Pto的複合物結構等。

       

       

菠菜捕光膜蛋白3d結構

发现了第三种光合作用膜蛋白結構,它的部分衍射数据是在BSRF獲得的。

 

SARS病毒主蛋白酶3CLMpro及抑制劑的複合作用,是SARS病毒中最重要的蛋白質之一,

SARS病毒整個生命周期中起著關鍵的調控作用,是藥物設計專家特別關注的靶蛋白。

BSRF与北京大学生命科学学院、中科院微生物所开展合作,進行了枯草杆菌結構基因组、微生物硝基氧化酶的結構和功能等研究,在結構解析方法、蛋白质結構和功能研究方面取得了一系列的成果。

BSRF開展了同步輻射相位襯度成像的研究,建立了國內第一個完善的相位襯度成像及CT研究平台,在CT重建理論等方面取得了重要的進展,並將成像研究的成果應用到古生物研究方面,揭示了古生物進化的重大問題。

对贵州瓮安前寒武纪具极叶結構的磷酸盐岩化胚胎化石三维无损伤研究,

成功獲得了古化石樣品細小的(0.1~0.7mm) 内部空间的高分辨結構

BSRF建立了一套先進的高溫高壓實驗平台,能夠達到100萬大氣壓,7000K的高温高压条件,为研究极端条件下的物质結構提供了有力的支持,这些研究是地球物理、新材料等领域新近发展起来的前沿。

 

? 中國科學院核分析技术重点實驗室

中國科學院核分析技术重点實驗室成立于1990年,是與上海應用物理所聯合建立的,在科學院組織的曆次重點實驗室評估中均得到很高評價。實驗室旨在在若幹科學前沿和具有廣泛應用前景的科學領域內更好地爲國內外科學家創造條件、開展國內外學術交流和合作研究、培養人才,促進我國核分析技術及應用研究的發展。

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—高能物理研究所納米生物效應與安全性联合實驗室”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的外观和内部結構
 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、表面状态和内部結構,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。核分析技术重点實驗室利用先进的核分析技术,结合同步辐射技术,在纳米生物效应与納米安全性研究、核医学成像、与健康相关的环境科学研究、科技考古方法學研究等方面取得了重要的成果。

2001年核分析技術重點實驗室在國內率先提出開展納米安全性的研究,正式成立了我國第一個納米生物效應與安全性實驗室。2006年獲得國家科技部人造納米材料安全性與解決方案探索”973項目支持,并与国家纳米科学中心成立了联合實驗室(设高能所分部和国家纳米中心分部)。納米生物效應與安全性實驗室利用化学技术,对纳米颗粒進行表面修饰和改性;利用纳米技术和同步辐射技术,对纳米颗粒進行各种表征;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。中國科學院核分析技术重点實驗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),其性能達到國際同類産品的先進水平。已經爲國內十幾家大學、科研單位和醫療機構開展了200余只動物的PET成像實驗。在此基礎上,又開展了另一種動物實驗專用的核醫學成像設備——小型单光子发射断层扫描仪的研制。中國科學院核分析技术重点實驗室还是我国最早开展PET圖像數據處理的實驗室之一。實驗室已經初步建成了核醫學成像研究與應用的實驗平台。

從上世紀80年代起開始與健康相關的環境科學研究,以核分析技術爲特色,從宏觀生態系統到動物的整體、器官細胞和分子水平上多層次研究了重金屬(汞、稀土、鉛、鉻及砷)、有機鹵素汙染物的環境分布、及其在動植物中的化學種態及毒理。研究水平不斷提高,連續完成了科學院九五重大項目、十五重要方向性項目及九五基金委重點項目,正在承擔基金委十五重大項目和科學院十一五重要方向性項目。同時獲得多項國際合作項目資助,如歐盟的第6次框架協議項目、國際純粹與應用化學聯合會、國際原子能機構項目等。在國內外重要期刊發表論文超過300篇,其中有不少發表在環境科學、毒理學、分析化學及相關領域的一流刊物,如EHPES&TToxicol LettClin ChemJAASSci Total Environ, AnalystAnal Chim Acta等。八五以來,獲國家2等獎1項、部委1等獎2项、二等獎3项,三等獎1項,全國百篇優秀博士論文1篇。學術帶頭人柴之芳院士獲國際核分析與放射分析領域最高獎—“Hevesy,並得到國際原子能機構的表彰。

 

 

 

? 強流慢正電子束裝置

慢正电子束流技术是研究材料微观結構的核分析方法,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,是研究以膜层結構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結構和电子結構的特色方法。

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強流慢正電子束裝置。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

中國的古陶瓷是中國古代文明的瑰寶,對世界文化和現代文明都具有重要的影響。由于傳統的文物研究和鑒定技術陳舊並存在一定的局限性,我國對考古意義重大的萬年前後的陶片研究甚少,對具有重要年代特征的古陶瓷缺乏系統研究,古陶瓷産地和年代的分析鑒定和真僞鑒別缺乏足夠的科學數據。

中國科學院核分析技术重点實驗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。

? 北京自由電子激光裝置(BFEL

BFEL是一台工作在中紅外波段的康普頓型自由電子激光器。1993年已實現基本穩定的出光,並在亞洲首次實現了飽和受激振蕩。此後,該裝置一直穩定運行至2003年,每年爲用戶提供出光時間約1000小時。

根據我院一所一址的方針,BFEL2005年啓動了搬遷重建工程。 200710月,BFEL恢複正常出光,激光輸出波長範圍9.5~15um,最大輸出能量超過8mJ。目前,BFEL仍然是國內唯一能夠持續地實現受激振蕩的自由電子激光裝置。

BFEL以高亮度強流電子束爲工作物質,電子束經加速管加速到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。达氮劌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是多學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。

? 中國科學院納米生物效應與安全性重点實驗室简介

 中國科學院納米生物效應與安全性重点實驗室是在中科院知識創新工程的支持下,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實驗室。也是国际上納米安全性研究领域最具影响的代表性實驗室之一。

  實驗室以納米物質的生物效應這個新的科學問題爲核心, 以健康安全的国家需求为导向,针对纳米結構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。

  實驗室2001年籌建,2003年正式成立,2005年獲基金委重大項目支持,2006年獲科技部納米安全性”973項目支持,2007年實驗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年實驗室的研究成果先后在相关领域的世界顶尖刊物发表SCI論文205篇,其中,影響因子IF≥10.0的論文18篇;影響因子IF≥6.0的論文48篇;影響因子IF≥4.0的論文86篇;申請或獲得國際國內專利27項。在美國出版學術專著2部。此外,在国内发表論文60余篇。200812月實驗室被评为中國科學院重点實驗室。

 研究室現有研究員13人(百人計劃9人,傑青2人),副研究員9人,助理研究員9人,高級工程師與高級實驗師6人,工程師與實驗師和實驗師2人,秘書2人,博士後6人,中科院研究生52人,聯合培養(其他大學的)研究生18人。

 五年来實驗室负责和承担各类科研項目56項。包括973項目2項;973課題和973预研項目14項;863課題2項;基金委重大項目3項;国家杰出青年基金3項;百人计划項目8項;大型仪器改造項目2項;面上項目12項;中科院知识创新工程重大項目1項;中科院知识创新工程方向性項目2項。國際原子能機構(IAEA)項目2项,欧盟框架协议等国际合作項目4项,横向协作項目1項。

  目前實驗室面积有3000余平方的專用面積,4748.29萬元專用設備(單價大于20万元的实验设备)。此外,實驗室依托于两个国家级的大型研究平台:(1)國家納米中心的納米檢測公共平台,(2)高能所的同步輻射裝置公共平台。

 
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