source：国家同步辐射中心
作者：中研院物理所林宫玄博士
文章来源:泛科学 http://pansci.tw/archives/80114
先讲结论：
如果你支持台湾光子源，
请到脸书“线上请愿：要求政府让台湾之光继续发光”活动按“参加”，
表达支持之意。
https://www.facebook.com/events/696958277096602/
正文开始:
最近看到新闻报导：“世界最亮台湾光子源 是台湾之光吗？”。台湾光子源耗资新台币
70亿元初步兴建完成，在2014年底试车成功首度发出第一道光，迎接2015“国际光之年”
的到来。然而目前面临2016年预算短缺一亿多元，付不出后半年的运转电费。
相信一般人一定有疑问，“台湾光子源” 是什么？它能做什么？当我继续说，它是“国
家同步辐射研究中心”的第二个大型设施时，一般人大概又冒出更多问号，“同步辐射”
是什么？跟核能电厂一样有辐射的问题吗？
回答这些问题，我们要先了解科学家定义的“辐射”。辐射指的是能量以波或是粒子移动
的型态传送，所以当你在说话的时候，根据科学定义，你所发出的音波也是在放辐射哦！
而同步辐射中心的辐射指的是电磁波。听到电磁波，你可能马上反应，我知道，手机会有
电磁波！不过，我要再提醒一下，科学家所说的“电磁波”定义可能还是比你想像的来的
广很多。光是电磁波的一种，既然2015年是“国际光之年”，我们就先来认识一下光与电
磁波吧！
电磁波，就是电场跟磁场振动所造成的波。上面的图很重要！本文以下关于光的描述，很
多需参照上图。根据电场振动频率，不同区段我们有不同俗称的方式。电场如果一秒钟振
动个一亿次 （108 赫兹 = 100,000,000/秒），就是落在俗称“无线电波”的区域。
后面那么多零，写起来很麻烦唉！没关系，我们平常习惯说月薪22k就是 22,000，年薪2M
，就是2,000,000；k代表三个零（乘103），M代表六个零（乘106）。同理，每秒一亿次
也可以写成100MHz。警察广播电台，FM 94.3指的是你的收音机需要调到可接收频率为
94.3 MHz的电磁波。而双频手机用的是 1.8GHz的电磁波传输，G就代表九个零（乘109）
。
我们眼睛可以看到电场一秒振荡个几百兆左右的电磁波，这个区域叫可见光。其他大部分
振太快或太慢的电磁波我们眼睛看不到。看看上图，几百兆可是有14个零要写，太麻烦了
吧！。所以科学家通常会用波长来描述可见光：400奈米是紫色的光，700奈米是红色的光
。电磁波每个频率都有对应的波长，范围在1厘米 （0.1公分） 到1微米 （0.0001公分）
左右，称为红外光。当你用遥控器选台时，其实它是在发射你看不到的红外线。而对皮肤
不好的紫外线，波长比400奈米还短。
波长更短时，科学家就习惯用光的能量“电子伏特 (eV)”来称呼。光能量100电子伏特到
100k 电子伏特，我们叫X光，对应的波长约 10奈米到0.01奈米。X光大概以10k电子伏特
（波长约0.1奈米） 作分界，能量低的叫软X光，高的叫硬X光。光子能量超过100k电子
伏特后，就是放射性物质会产生的伽马射线。
国家同步辐射研究中心所建立的“同步辐射加速器”，可将电子加速到接近光速。当电子
转弯时，可发出不同波段的光。虽然会产生“辐射”，但是要有运转才会产生光，跟核电
厂的核废料自己就会一直放出“辐射”是不一样的，所以别担心啦！
可是医院已经在用X光检查，雷射秀可发出七彩可见光，为什么还要同步辐射加速器来产
生光呢？因为光亮不亮很重要！举个例子，在昏暗的室内照相，因为光源不足（不亮），
相机曝光时间会拉长，CCD之类的感光元件噪声变多，照片就容易手震且丑丑的。但是光
线充足时，户外照相很容易可以得到漂亮的相片，这也说明了光源亮不亮的重要性。2014
年刚建好的“台湾光子源”，是目前世界上环型加速器中能产生光源最亮的设施，可以在
短时间内取到漂亮的实验资料。
不只是亮度提高，“台湾光子源”比1993年完成的“台湾光源”更具有雷射的特性。同样
是光，灯泡跟雷射发出来的光有什么不一样呢？雷射具有好的同调性 （Coherence），即
所有光子行为一致。因为雷射发出来的所有光方向一致，直线射来射去的，准直性佳可以
当投影笔、雷射枪。同调性好的光，才能用绕射（Diffraction）、干涉 （Interference
）等波的性质来研究材料。另外，你平常看到的雷射投影笔是不是只能发绿色或红色一种
颜色而已？同步辐射加速器另一个重要优势，就是能在红外线、可见光、紫外线、软X光
、硬X光这么广的范围内，挑你想要的光，而且又亮又直同调性高。
讲那么多好像还没进入主题，到底同步辐射发出来的光能干嘛？为什么美国、日本、德国
等科技强国愿意花几百亿甚至上兆元台币盖同步辐射加速器？
红外光、可见光、紫外线都有雷射可产生同调性高的光源。那X光呢？除了昂贵的同步辐
射加速器以外，目前没有其他像雷射同调性高的X光源。我们身边所有东西都是“材料”
，一般材料原子间距在0.1到1奈米之间。
X光源对于材料研究非常重要，硬X光的波长比原子间距略小时，可经由绕射效应来研究材
料中原子如何排列。譬如六十多年前人类首次发现 DNA是双股螺旋构造，就是靠 X 光。
虽然 DNA、RNA 结构解析出来了，但是目前人类对于很多蛋白质结构一无所知。生命运作
的原理是什么，还有许多未知的谜，蛋白质结构是其中之一。
蛋白质是大分子，结构非常复杂，又很多三度空间折叠的构造。譬如科学家现在怀疑阿兹
海默症 （俗称老年痴呆症）可能跟脑内蛋白质折叠错误及不正常堆叠有关，若能找出原
因，就能有方向研发药物或治疗方法。硬X光可以穿透许多物质，譬如照X光片看骨头或是
机场用X光安检。由于硬X光的波长小于0.1奈米，根据绕射极限，理论上能取到小于1奈米
分辨率的X光影像。科学家目前正致力于奈米分辨率的材料X光片，这不但需要X光良好的
同调性，也需要研发好的X光透镜来聚焦。
至于软X光很容易被材料吸收，把能量转换给材料里面的电子，因此可用来研究材料的电
子特性，包括原子之间电子所形成的键结。想想五十几年前，科学家研究半导体的电子特
性，因为了解材料特性进而发明电晶体。之后半导体科技发展快速，电脑的出现乃至于手
机、平板电脑，全要归功于当时对半导体的基础科学研究。再举另一个例子显示材料基础
研究的重要性，现在科学家一直致力于了解高温超导的原理。超导体指的是电阻为零的材
料，目前全球在传输电力过程中，约10% 电量因为电线的电阻而损失。如果能从超导体基
础研究，找到超导的原因，进一步研发出在常温下的超导体当电线来传输电力，是不是就
能节省全球发电量10%的电力损失，达到节能减碳呢？
几乎所有工业都跟材料有关系，人类疾病等医疗产业也需要了解生命的运作原理，不只是
基础研究，产业界研发也需要同步辐射光源。台湾光子源是目前世界上环型加速器中能产
生最亮光源的设施，日本的环型加速器 Spring-8 能发出的硬X光源能量最高，美国LCLS
（Linac Coherent Light Source）利用线型加速器产生更亮的X光，但涵盖的频率范围比
环型加速器窄。德国DESY （Deutsches Elektronen-Synchrotron）将在2017年完成另一
个线型加速器，届时将超越LCLS产生世界最亮的X光源。这些大型仪器都是开放世界各国
的使用者分享，可以根据研究需求，在不同地点实验互补优缺点。
行文至此，你听到台湾光子源，面临明年预算短缺一亿多元， 2016年后半年可能无法运
转的新闻，会不会觉得很可惜？同步辐射中心希望将台湾光源的18条旧光束线设施搬到台
湾光子源，这耗时七年共28亿元的经费，目前也没着落。
过去台湾产业界使用同步辐射光源研发的比例跟美日德等科技强国比起来可能没那么高，
但是台湾产业现在不得不升级，要转成重视研发、专利的创新产业，研发的设备格外重要
，也需要厚实的基础研究。
估且不谈世大运会总预算198亿元、2011年花卉博览会耗资136亿元……同步辐射中心附近
搞不好能吸引财团投资变成科创百货公司？！ 2014年中华民国总预算1兆9,407亿新台币
，将旧光束线搬迁到台湾光子源预计七年28亿元经费，占一年国家总预算约万分之十四。
笔者不主张台湾光子源应该完全由国家资助，但笔者认为一个新创公司需要天使资金去协
助，让台湾光子源一开始能正常运作，靠着目前环型加速器中最亮光源的优势，努力吸引
国外研发单位及国内外产业界进驻并付费支持。政府的预算分配可能有大人们的角力，但
是，你是否愿意牺牲每年看烟火在黑夜中发光的享受，把预算转给台湾光子源运转继续点
亮台湾之光？
如果你支持台湾光子源，请到脸书“线上请愿：要求政府让台湾之光继续发光”活动按“
参加”，表达支持之意。https://www.facebook.com/events/696958277096602/