日本文部科学省将从2024年开始对大型同步辐射设施“SPring-8”（兵库县佐用町）进行升级改造。除了将同步辐射的亮度提高100倍之外，还将降低耗电，提高用电效率。为开发原型机，文部科学省在2024年度预算中列入了3亿日元预算申请。改造后的设备计划于2029年左右全面投入使用。
巨大圆形设施“SPring-8”（兵库县佐用町）
SPring-8可在周长约1.4千米的加速器中将电子加速到接近光速。之后被加速的电子通过磁铁弯曲产生被称之为“同步辐射（同步光）”的X射线，这种射线可以用于详细研究蛋白质、与疾病相关物质的三维结构。
SPring-8自1997年开始运行以来，已有25年的历史，性能方面与欧美和中国的设施相比已相形见绌。加上耗电量大，文部科学省判断有必要对其进行大规模改造。
文部科学省内部探讨后，于8月8日发布了报告。报告指出估计2030年左右将迎来下一代半导体的量产期，以及脱碳研究的全面展开，所以提高SPring-8的性能已“刻不容缓”。
此次改造将使表示同步辐射性能的“亮度”提高约100倍。从而使分辨率得到提高，数据采集所需时间也将缩短。就半导体材料而言，目前约40纳米（纳米=十亿分之一米）的分辨率预计可提高到1纳米左右。
文部科学省估计，改造工程的总费用约需要500亿日元。
首先2024年将开发使电子束聚焦成更小尺寸的技术。利用通过增加磁铁数量减少单位弯曲角度的“多弯曲”技术，开发磁铁系统（加速器的重要组成部分）原型机。
在此基础上，进一步缩小电子束通道的真空室。通过一系列的技术开发，不仅提高亮度，还将实现节约能源。其目标是通过加速器的现代化改造，将每年的电费及其他成本较目前降低约10亿日元。在基于上述一系列研究开发所获得的知识基础上，2025年度开始进行全面改造。
世界各地正在升级和新建类似SPring-8等使用“硬X射线”的同步辐射设施。欧洲已于2020年投入运行，美国和德国已在对其设施进行升级，分别计划于2024年和2028年投入使用。中国也在计划建造新的同步辐射设施，预计将在2025年投入使用。
SPring-8是第3代同步辐射设施，比世界各国第4代设施早一代。据文部科学省预计，如果继续使用SPring-8而不改进其性能，那么日本国内企业和大学等将只能被迫依赖海外的同步辐射设施，可能导致重要技术的流失以及在材料开发领域落后于人。
如果通过改造能够将最大亮度提高到目前的100倍，预计将高出美国新型同步辐射设施的2倍以上，在性能方面有望达到世界最高水平。并且，目前每年约20亿～30亿日元的电费将减少至二分之一以下。在耗电量方面，也将升级为不逊色于世界水准的设施。
在对SPring-8的一系列大规模改造完成后，预计于2030年左右日本将开始大规模生产下一代半导体。包括生物领域，使用同步辐射详细分析物质内部结构的需求预计将会增加。
高功能化和开拓工业应用
SPring-8有长期运行的业绩，除了基础研究外，还被应用于案件调查等。今后，有必要采取措施，向外界充分展示其有用性，促进在产业界的应用，以取得更多成果。
SPring-8受到大众的关注是在开始运行的第二年，这一年和歌山市发生了骇人听闻的毒咖喱事件。SPring-8被用于鉴定疑似被掺入的砷，鉴定结果为调查和审判提供了重要证据。
近年来，SPring-8也一直活跃在科学研究的最前沿。2022年，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的探测器“隼鸟2号”从小行星“龙宫”带回的土壤中全球首次检测出生命所必需的“液态水”，SPring-8也负责了水成分的分析工作。
未来，有望在半导体和电池材料等更接近产业应用的领域发挥越来越大的作用。
在同步辐射设施中，目前正在仙台市建设的使用“软X射线”的“NanoTerasu”将于2024年开始运行。当地企业和地方政府也承担了该设施的建设费用，创建了便于企业参与的环境。同样，SPring-8除了提高性能之外，拥有其独特的产业应用方案也至关重要。
日文：松添亮甫、《日经产业新闻》、2023/9/13
中文：JST客观日本编辑部
