科學神燈─同步輻射光源|

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科學神燈─同步輻射光源

104/09/24 1950

國家同步輻射研究中心｜

大家或許都知道中東童話故事裡那盞奇妙的阿拉丁神燈，裡面住著一個使命必達的精靈，他為少年實現許多願望，照亮他的人生。但，您知道嗎？新竹科學工業園區內也有兩盞「神燈」，一大一小的雙環裡藏著光的精靈，點亮台灣的科技能見度，驚豔全球。

光，是人們觀察及研究大自然最重要的工具，在人類文明史中，每當有新光源出現，就會產生革命性的進展，從電燈、X光、雷射的使用到LED的發展，都驗證了新光源能為科學研究開創新局，而同步輻射加速器產生的光，是人類目前找到的最強光源，一樣具有改寫歷史的動能。

同步加速器是一科學實驗設施，其產生的高能量、高亮度光源光束，可讓科學家看見物質的細部結構。早期在大學及科研機構裡進行的研究，常因實驗光源的亮度或解析度不足而影響觀察結果，運用同步輻射光源可克服這個難題，但沒有此項設備的國家則相對缺乏優勢。

有鑑於此，台灣第一座同步加速器「台灣光源」（Taiwan Light Source, TLS）於1993年10月16日完工出光，以滿足基礎與應用科學實驗所需。自啟用以來，已產出為數可觀的頂尖研究成果，蜚聲國際。然而，隨著尖端研究對高亮度光源的需求日益殷切，為在激烈的全球科技競爭中保有優勢，國家同步輻射研究中心在2010年2月7日動土興建「台灣光子源」（Taiwan Photon Source, TPS)，籌建過程中，歷經千辛萬苦，終於在2014年12月31日試俥成功，綻放光芒，並於2015年1月25日舉行落成典禮。

TPS完全由國人自行設計、建造及組裝，周長518公尺、能量高達30億電子伏特，光源亮度是傳統Ｘ光的兆倍以上，無論多麼細微複雜的物質結構，在它的照射下，都能清晰現形，堪稱是「透視宇宙奧祕的終極光束」，這也是人類探尋先進光源的漫長歷程中，一個重要的里程碑。

聯合國教科文組織（UNESCO）將2015年訂為「國際光之年」，在這台灣科技史上極具意義的時刻，本展特以兩個單元帶領讀者認識科學神燈以及光之精靈的魔力。「台灣之光」帶您鳥瞰國家同步輻射中心，並介紹TLS和TPS的設施和運作原理，同時深入蛋白質結晶學實驗站，探看難得一見的實驗過程。「透視蛋白質」則以陳俊榮研究員的研究為例，帶您了解如何製備蛋白質結晶，並一窺在超高亮度光源照射下所產生的三維分子結構圖。

台灣之光
同步加速器的主要設施可分為：增能環、儲存環和光束線3大部分，以TPS的出光運轉過程為例，電子束先由電子槍產生，再經由直線加速器增速到15千萬電子伏特（150 MeV），然後進入「增能環」繞圈圈，並繼續加速至30億電子伏特（3 GeV）。接著，將這些逼近光速的電子束經由傳輸線注入「儲存環」，當電子束碰到環中的偏轉磁鐵，就會出光，再透過光束線傳到實驗站。

TLS和TPS最大的差別在於後者具有較高的能量和亮度，可用來透視奈米等級的細微材料與結構。未來，日趨輕薄短小的的晶片、微小的蛋白質結晶、恐龍蛋化石裡的胚胎，都將更無所遁形，TPS可望為台灣奈米科技和生物醫學領域開創嶄新的研究方向。

透視蛋白質
蛋白質是維持生命必需的養分，在生命體中扮演重要角色，對其越了解，就越能透視生命的過程。蛋白質結晶學是一門研究蛋白質結構的科學，藉由同步加速器所釋放的超級亮光，可清楚見到其廬山真面目。

由於蛋白質在水溶液時的繞射訊號太弱，必須先培養生成固狀的蛋白質晶體，之後將其凍在液態氮下，並在照射Ｘ光過程中不間斷地收集一張張連續的晶體繞射圖譜，再加以分析，以決定蛋白質結構。運用此一方式產出的相關研究結果，除有助於研發醫療診斷用的藥物，設計出更專一性、微副作用且藥效持久的小分子藥物外，也可使用於工業上，藉以提高蛋白質酵素的生產速度和良率。

展示圖文
台灣之光
透視蛋白質

展映實景

企劃製作
監製：科技部
策展：國家同步輻射研究中心
視覺設計：頑石創意股份有限公司

文字審訂
國家同步輻射研究中心

著作權
圖片：©科技部、國家同步輻射研究中心、陳俊榮研究員
影片：發現新台灣─國家同步輻射研究中心
  　　 ©國家同步輻射研究中心

科學神燈─同步輻射光源

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