大科學裝置是建設科技強國的利器,也是實現高水平科技自立自強的牢固基石?!笆奈濉逼陂g,北京懷柔綜合性國家科學中心布局的6個國家重大科技基礎設施中,已有4個通過國家驗收正式運行。世界上設計亮度最高的高能同步輻射光源,也將在今年年底開啟試運行。
從空中俯瞰,它的外形酷似一個超級放大鏡,未來這里將能造出比太陽亮萬億倍的光,是觀測物質微觀世界的大國重器。2019年,該光源在北京懷柔科學城開工建設,今年3月啟動帶光聯調。
它如同一座巨型X光機,通過發射出的我們看不見的X光射線,科學家們可以比以往更細致地觀察微觀物質世界,解決航空航天、能源環境、生命醫藥、新材料研發等諸多領域面臨的重大科學問題,為基礎科學和工業創新等領域的原創性、突破性研究提供重要支撐。
巨型X光機 探索微觀世界的利器
這樣一臺巨型X光機是如何看清楚微觀物質世界的呢?
在北京懷柔科學城一處位置較高的地方,總臺央視記者褚爾嘉遠遠地眺望到高能同步輻射光源。他了解到,這座光源是北京懷柔科學城里占地面積最大的一個大科學裝置,總體占地達到了976畝,主體——中間儲存環的周長達到了1360.4米,中間可以容納下多達20個足球場。從空中俯瞰這座大科學裝置,它就像一個超級放大鏡,這也寓意著它是一個探索微觀世界的利器。
位于高能同步輻射光源核心區域的中央控制室是光源的大腦,屏幕上顯示著光源的運行狀態和各項指標。今年3月,高能同步輻射光源正式啟動帶光聯調,進入了驗收前的最后沖刺階段。
高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛民:11月份,各個線站的性能指標要達到,這樣一來整個光源的指標就達到了。12月開始接待一些用戶,叫光源的試運行。到明年6月份之間,我們保留試運行狀態。國家驗收完畢,我們就正式投入運行。
高能同步輻射光源是一種提供高性能X射線的大科學裝置,在儲存環加速器里高速運轉的電子具有高達60億電子伏特的能量,將可以發出亮度相當于太陽光的一萬億倍的光。它主要由直線加速器、增強器、儲存環和光束線站構成,通過加速電子、生產光。
目前,高能同步輻射光源已經建設有14條光束線站供科研人員使用。光源的儲存環發出的光會經過光束線的精細化調制以后進入實驗站,供科研人員開展各類科學實驗。
高能同步輻射光源工程總指揮潘衛民介紹,現在高能同步輻射光源已經開始進行光學實驗了。3毫米的不銹鋼板,相較于普通X光照出的圖像,用高能光源照出來的裂紋非常清晰。體現了第四代光源清晰度的性能水平,為今后的實驗奠定了重要的基礎。
迎難而上 以中國速度建設世界最亮光源
高能同步輻射光源第一次發出光時,科研人員用一張黃色感光紙放在光路上,記錄下的一個黑色斑點。上面手寫記錄了2024年10月12日21時30分,第一束光等內容。這個黑色方形斑點就是高能同步輻射光源發出第一束光的標志。
中國科學院高能物理研究所研究員、副所長董宇輝回憶當時的情景,光照過來在黃色感光紙上打出了黑色的方形光斑,證明機器能夠正常地運轉。這是工程的一個非常重要、非常關鍵的點,表明系統沒有問題,可以進行下面細致的工作了。
2019年6月,高能同步輻射光源在北京啟動建設,預計建設周期為6年半。盡管困難重重,但工程技術人員僅用了3年多的時間,就完成了高能同步輻射光源土建部分的建設。2023年12月,光源儲存環1776臺磁鐵中的最后一臺安裝就位,標志著這座大科學裝置的儲存環主體設備安裝完畢。為了確保電子束在環形軌道上穩定運行,全部磁鐵的安裝精度誤差小于50微米,再次創造了中國奇跡。
高能同步輻射光源工程總指揮潘衛民介紹,其實在整個設備研制過程中,他們攻克了很多難題。一個6毫米狹縫的真空盒,要在里面鍍上膜、抽真空,只有這樣電子束才能沒有阻攔地通過??蒲腥藛T經過不斷實驗、攻關,終于把這個問題解決了,這是他們的創新點之一,在國際上也是難題。
從1990年我國建起第一代光源——?北京同步輻射裝置,到之后的第二代合肥國家同步輻射實驗室,第三代上海光源,再到如今的第四代高能同步輻射光源,35年間,我們觀察微觀物質世界的能力更強了,而這背后則是中國工程技術和科研人員不斷探索未知物質世界的智慧和勇氣。
將建90條以上光束線站 提供超強研究平臺
記者了解到,未來,高能同步輻射光源里可以建設多達90條以上的光束線站,也就是說至少有90個的科研團隊可以在這座光源里同時開展科學實驗。
研究人員就可以對不同環境下的各種樣品開展研究,幫助人類探索一個個神秘的微觀世界,從而提升我國基礎科學和高技術領域的原始創新能力,為國家解決資源、能源、環境、人口和健康諸多領域面臨的挑戰提供強大的科學技術支撐。
編輯︱賀巧華






















