“鸚鵡螺”裏照見微觀世界（瞰前沿·大國重器）

資料來源：中國科學院上海高等研究院

建設中的高能同步輻射光源。懷柔科學城管委會供圖

合肥光源。國家同步輻射實驗室供圖

核心閲讀

作為科研利器、我國自主研製的首台第三代同步輻射裝置，上海光源服務了眾多科研團隊、產出了大量的前沿成果。

實驗站裏，同步輻射光讓微觀世界“纖毫畢現”，在生命科學、凝聚態物理、材料科學、能源與環境科學等多個學科前沿基礎研究和高新技術研發領域產生了一批具有國際影響力的研究成果，也照亮了眾多科學家的科研之路。

這束光，讓物質“纖毫畢現”

藍天白雲下，外觀酷似“鸚鵡螺”的銀白色建築矗立。這是上海光源，既是張江科學城的地標，也是起點。

作為科研利器，上海光源是我國自主研製的第一台第三代同步輻射裝置。2009年開放至今，近800家單位、4.5萬用户藉助上海光源的科研慧眼，探究物質的微觀世界。

在上海光源，總能聽到科研服務團隊報方位——“我現在在環上”。環在哪裏？走進“鸚鵡螺”殼內，站在實驗大廳，猶如置身四壁回聲的螺體，映入眼簾的是大廳裏一個碩大的環形裝置，像一隻蜷成圈的蜈蚣，裝置外側分佈着一個個用户實驗站，就像蜈蚣的腳。這就是科研人員口中的“環”，其實是同步輻射光源的核心部件電子儲能環，又名環形加速器，裏面大約有2.2萬億個電子晝夜不停地高速旋轉。環形加速器的性能優劣，直接決定同步輻射光源性能的優劣。

“在這個周長432米的環形加速器中，能量為35億電子伏特的電子束以接近光的速度飛行，在拐彎時放射出高強度電磁波。這些電磁波經過‘條分縷析’，形成不同波長的、高品質的同步輻射光，波段從遠紅外到硬X射線，傳送到實驗站的待測樣品上。”上海光源科學中心主任、中國工程院院士趙振堂説。

在實驗站裏，同步輻射光照射在細胞、生物體、物理和化工材料等實驗樣品上時，會產生衍射、散射、折射、吸收等現象，引起樣品的激發、電離和碎裂等，科學儀器同步記錄下它們的各種反應信息或變化，經處理後以一條條曲線、一幅幅圖像呈現。科研人員聚精會神，等待着那一串串揭示自然奧秘的密碼。

多亮的光才能讓微觀世界“纖毫畢現”？醫院裏使用的X光能拍攝出肉眼看不見的器官和組織，而上海光源同步輻射裝置釋放的光，亮度是普通X光的百億倍、千億倍，使人們能夠在原子和分子尺度上觀察物質。比如大自然中結構未知的蛋白質多達數十萬種，同步輻射光能讓實驗測量蛋白質結構的時間，從過去的按天算縮短到數小時、幾分鐘。“鸚鵡螺”就像一台多用户的“超級顯微鏡”，病毒的結構、古生物化石的演變、飛機發動機葉片金屬疲勞測試、化妝品效果分析，都逃不過它的“火眼金睛”。

在“鸚鵡螺”的“光速”助攻下，上海光源用户有“氫氣低温製備和存儲”和“二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸”等15項成果入選“中國科學十大進展”“中國十大科技進展”，還有入選國際學術期刊《科學》“十大科學突破”、美國化學會“十大科研成果”、歐洲《物理世界》“十大科學突破”等躋身國際一流的標誌性成果。

2009年開放運行時，上海光源只有7條光束線、不到10個實驗站，如今已經延展出34條光束線、46個實驗站。儘管“鸚鵡螺”已是世界上最繁忙的大科學裝置，每年開機時長達7000個小時，其中實驗供光約為5500小時，但也僅能滿足1/4的機時申請。

粒子世界裏的“追光人”

從2004年底動工開建，到如今成為我國用户最多、用户產出成果最多的大科學裝置，上海光源凝聚着我國幾代科學家的心血。

早在1993年，方守賢、丁大釗、冼鼎昌3位院士根據國際發展趨勢和我國科學研究的需求，提出建設第三代同步輻射光源的建議，並很快得到了中國科學院和上海市的支持。歷經10年立項和52個月緊張建設，上海光源以世界同類裝置最少的投資和最快的建設速度，成為當時國際上性能指標領先的第三代同步輻射光源之一，是我國大科學裝置建設的一個成功範例。

那時的上海張衡路周邊還是農田，中國科學院從高能物理所、中國科技大學等單位抽調骨幹，組建了一支約140人的預研隊伍。中國科學院高能物理所加速器物理學家陳森玉院士任上海光源工程總顧問，負責組建上海同步輻射光源工程研製隊伍，現任上海光源科學中心主任趙振堂也在這批援建骨幹之中。他們通過不斷研究掌握了建設第三代同步輻射裝置的重大關鍵技術，成功研製出重要部件的樣機等，為建設上海光源奠定了堅實基礎。

上海光源2004年12月正式破土動工，2006年主體建築結構封頂，2007年2月完成全部建設任務，2007年12月儲存環成功實現束流儲存並出光……提到首次“出光”的場景，許多上海光源的科研人員仍歷歷在目，在場的所有人都聚集在中控室歡呼，我國自此擁有了自主研發的第三代同步輻射光源。

“業界有個説法，光源建成之時就是改造啓動之日，‘追光之路’永不止步 。”趙振堂説。這些年，上海光源不斷改進、迭代、拓展，從學習者躍升為可以和國際同行坐在一起探討的分享者。建設中國的先進光源、支撐國家科技發展，是我國幾代科學家鍥而不捨的追求。

通過上海光源線站工程的建設，項目團隊攻克了一系列核心關鍵技術，研製了一批具有國際一流水平的關鍵設備，建成了一批關鍵性能指標位居國際前列或獨有的光束線站，使得上海光源的實驗研究能力實現了跨越式提升。

建好僅是開始，用好才是關鍵。上海光源第一批用户包信和院士團隊，利用上海光源同步輻射X射線吸收（XAFS）原位分析技術優勢，產出“納米限域催化”領域一系列重磅成果，並獲得2020年度國家自然科學獎一等獎；中國科學院物理所丁洪團隊，利用上海光源在國際上首次發現了外爾費米子……運行開放16年來，上海光源圍繞科學前沿、國家重大需求與產業核心問題支撐用户開展創新研究，提供了一個跨學科、綜合性、多功能的大科學研究平台，在生命科學、凝聚態物理、材料科學、化學、能源與環境科學等多個學科前沿基礎研究和高新技術研發領域產生了一批具有國際影響力的研究成果，照亮了眾多科學家的科研之路。

“2016年前，張江只有上海光源一個大科學裝置，目前上海已建、在建和規劃的設施已達20個，我們從一個追趕者變成了局部領跑者。未來，張江科學城的光子科學設施將構成一個集羣，建成世界三大光子科學中心之一。”中國科學院院士李儒新説。

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高能同步輻射光源

北京高能同步輻射光源，是我國首台第四代同步輻射光源，由中國科學院高能物理研究所承建，2019年6月啓動建設。目前，高能同步輻射光源直線加速器、增強器已滿能量出束，儲存環完成全環閉環安裝。設施建成後，可發射比太陽亮度高1萬億倍的光，將成為世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一，可以幫助我們更好地看清微觀世界，揭示物質微觀結構生成及演化機制，並與我國現有的光源形成能區互補，面向航空航天、能源環境、生命醫藥等領域用户開放。

（本報記者李建廣採訪整理）  

合肥光源

合肥光源是我國首個專用同步輻射裝置，也是我國自主建設的第二代同步輻射光源，歷經一期工程、二期工程建設而成，並於2015年完成設施的重大升級改造，是國內唯一優化在極紫外至軟X射線能區的光源。合肥光源充分發揮紅外—極紫外特色線站的競爭力，支持內燃機等動力設備高性能燃料的研發，提供了我國空間探測等領域中關鍵元器件的絕對定標，在波帶片、光柵等關鍵元件研發上處於國內領先水平。合肥光源為我國物理、化學、生物、材料等多領域前沿研究提供了重要的支撐。

此外，第四代同步輻射光源“合肥先進光源”正在加速落地中。

（本報記者田先進採訪整理）