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北京青年報 2025-06-21 17:52:47
在北京懷柔科學城高空俯瞰，一個形狀很像手持放大鏡的建筑格外顯眼。它就是國家重大科技基礎設施高能同步輻射光源（HEPS），經過5年多的建設，已成功發(fā)出“第一束光”。高能同步輻射光源到底是什么？長啥樣？又有什么用？6月18日，北京青年報記者跟隨“活力中國調研行”主題采訪活動前往這一“大國重器”所在地進行了探訪。
探訪：形似“放大鏡”的大國重器
來到位于雁棲湖畔的懷柔科學城，除了優(yōu)美的景致，更吸引人的便是承載創(chuàng)新活力的大科學裝置。
北青報記者注意到，在高能同步輻射光源園區(qū)內有三棟主體建筑，未來感十足。從沙盤上可以很直觀地看到，建筑整體外形酷似一個放大鏡，“手柄”位置是綜合實驗樓和用戶服務樓，“鏡框”位置則是光源裝置區(qū)域。
據中國科學院高能物理研究所研究員、高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民介紹，整個建筑占地976畝，相當于90個足球場大小。放大鏡的“鏡框”是一個環(huán)形建筑，周長1300多米。如果沿著外環(huán)道路步行需要二三十分鐘。
北青報記者在現(xiàn)場注意到，在光源裝置實驗大廳里有騎自行車經過的工作人員，他們這么做便是為了提高工作效率。
據了解，該工程就是高能同步輻射光源（HEPS），是我國“十三五”期間優(yōu)先建設的國家重大科技基礎設施。設施建成后可更好地滿足航空航天、能源環(huán)境、生物醫(yī)藥等前沿科學和工程應用等領域的研究需求，成為國際領先的高能同步輻射光源實驗平臺。
HEPS是國家發(fā)展改革委批復立項，中國科學院、北京市共建懷柔科學城的核心裝置，由中國科學院高能物理研究所承擔建設，主要建設內容由加速器、光束線站、配套設施等構成。2019年6月啟動建設，建設周期6.5年。建成后，將成為世界上設計亮度最高的第四代同步輻射光源，也是中國第一臺高能同步輻射光源。
追訪：它發(fā)出的“第一束光”什么樣？
截至目前，HEPS項目完成了加速器和第一批光束線站的建設。
△高能同步輻射光源
建設5年多來，HEPS項目不斷取得階段性成果。2021年6月28日，第一臺科研設備安裝，2023年3月14日，直線加速器滿能量出束；2024年7月1日，儲存環(huán)全環(huán)貫通進入聯(lián)調階段。
值得一提的是，2024年10月12日成功發(fā)出“第一束光”。高能同步輻射光源產生的光什么樣？2024年10月12日晚，HEPS常務副總指揮董宇輝帶領團隊將一張橙色膠片掛在出光口，他們調整好膠片位置后走出實驗站，關閉防輻射門，按下按鈕，打開光閘。
關閉光閘，實驗站門上的指示燈由紅色的“禁止進入”變成綠色的“允許進入”。團隊人員再次走進實驗站時，橙色膠片上出現(xiàn)一塊邊緣整齊的黑斑。這就是HEPS發(fā)出的第一束光留下的印跡。董宇輝也在上面記錄了此珍貴的時刻：高能同步輻射光源發(fā)出“第一束光”“2024.10.12 21:30”“曝光0.1s（秒）”。
潘衛(wèi)民告訴北青報記者，由于裝置發(fā)出的光不是可見光，人眼無法直觀感受到它的存在。同步輻射光源不是像電燈、蠟燭那樣發(fā)出的一種簡單的光，它是不能直接被看到的X光。HEPS就像一個超級放大鏡一樣能將微觀物質看得很清楚，相當于一個巨型X光機，可以檢測到航天材料在加工和服役過程中有沒有裂痕，也可以看到細胞分子結構。HEPS裝置的基本原理是“加速電子 產生光”，用加速器給電子加速到接近光速，然后在它的拐彎的時候沿著切線方向會有光射出來，類似于下雨打雨傘，一轉傘會有雨珠沿著切線方向射出來。兩者之間的現(xiàn)象是相通的。
關注：比太陽亮一萬億倍有什么用？
時至今日，我國的同步輻射光源已發(fā)展了近40年。我國同步輻射光源已經從第一代的北京正負電子對撞機上兼用的北京同步輻射裝置、第二代專用的合肥光源、第三代的上海光源，走到了第四代的高能同步輻射光源。
為什么需要第四代高能同步輻射光源？潘衛(wèi)民解釋，從第一代、第二代到第三代，每一代的亮度指標都有提升，也作出了非常出色的成績。比如第一代光源在2003年的時候，解析了SARS病毒的分子結構。第四代將要“照亮”的是納米級、更加復雜的微觀世界。
他繼續(xù)解釋道，第四代同步輻射光源發(fā)光的亮度更高，是平時照胸片X光機的十萬億倍?！耙吹轿镔|里的細節(jié)，很重要的一點就是要有足夠亮的光。比方說，打個手電筒看東西，手電筒越亮，就能看得越清楚。光越亮意味著探測的信噪比越高，精度越高，探測速度也越快?！迸诵l(wèi)民表示，目前已經利用發(fā)出的“第一束光”開展了相關實驗，確實比以前觀察到的樣品更清晰，比如說一些航天材料的裂紋明顯比用其他光源要判斷得更清楚。方便以后在這些材料生產和服役過程中保駕護航。
未來：將進入開放共享階段
從提供X光能量的角度，同步輻射光源主要有三個能區(qū)：低能、中能和高能光源。HEPS裝置里的電子束流能量高，發(fā)射的同步光的能量也更高，所以稱它是高能的。
△多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施
如果說看清物體表面需要有光，那看清物體內部結構則需要X光。高能的同步光穿透的能力更強，更適合真實服役的工件結構表征。
HEPS首期建設14條用戶光束線站和1條測試線站。其中，硬X射線成像線站（HXI）是HEPS的特色線站之一，可提供高空間相干的高能X射線。據介紹，初步實驗結果表明，與常規(guī)光源對比，HXI線站的光穿透更深、分辨率更高，靈敏度顯著提高，可檢出的裂紋顯著增加，成像的對比度也大大提高。 HXI線站可實現(xiàn)此前難以兼得的，強穿透且高靈敏度、大視場且高分辨X射線成像，將為航空航天工程材料研究、全腦介觀3D成像等前沿領域提供強有力的科研支撐。
HEPS仍在繼續(xù)更新進度，2025年3月27日，正式宣布啟動帶光聯(lián)調。截至目前，已完成了4輪帶光聯(lián)調工作，多條光束線站開展特色樣品實驗，下一步將繼續(xù)開展調試工作，最終實現(xiàn)項目驗收指標，進入開放共享階段。
聚焦：懷柔科學城打造世界級原始創(chuàng)新承載區(qū)
懷柔科學城，是北京建設國際科技創(chuàng)新中心的核心支撐，是國家創(chuàng)新體系的重要組成。這里圍繞物質、空間、生命、地球系統(tǒng)、信息與智能五大科學方向，布局37個重大科技基礎設施（大科學裝置）、科教基礎設施和交叉研究平臺。
值得一提的是，“十二五”以來，綜合極端條件實驗裝置等6個大科學裝置集中在懷柔綜合性國家科學中心落地。目前地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置、綜合極端條件實驗裝置、多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施、子午工程二期4個大科學裝置已先后通過國家驗收。
其中，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施是《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規(guī)劃》確定的建設項目，是我國科學家在生物醫(yī)學成像領域首倡的大科學設施。該項目于2025年3月通過國家驗收。
成像設施由四大核心裝置和一個輔助平臺構成，包括多模態(tài)醫(yī)學成像裝置、多模態(tài)活體細胞成像裝置、多模態(tài)高分辨分子成像裝置、全尺度圖像整合系統(tǒng)以及模式動物等輔助平臺和配套設施。多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學成像設施的建設目標就是打破尺度壁壘，打造從人體到分子的“一體化”生物醫(yī)學成像技術集群，可實現(xiàn)對人體內微觀細胞的精細化“拍照”成像，幫助醫(yī)生看得更清晰、更透徹，猶如有了“透視眼”。
成像設施將實行開放、流動、擇優(yōu)的機制，面向全國開放共享，還將與法國生物醫(yī)學成像平臺建立國際聯(lián)盟。成像設施將為復雜生命科學問題和重大疾病的研究提供成像組學研究手段，全景式研究和解析生物醫(yī)學重大科學問題，推動生物醫(yī)學研究的范式變革。同時，成像設施將成為引領和帶動技術和方法創(chuàng)新的國家基地，與高校、科研院所、生物醫(yī)學影像的設備、軟件企業(yè)以及醫(yī)院等組建產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，打造生物醫(yī)學成像技術“產學研用”的創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境，為高端生物醫(yī)學影像裝備實現(xiàn)“中國創(chuàng)造”提供戰(zhàn)略支撐和保障。
懷柔科學城正以世界先進水平的重大科技基礎設施群為依托，將建成與國家戰(zhàn)略需要相匹配的世界級原始創(chuàng)新承載區(qū)，代表國家在更高層次上參與全球科技創(chuàng)新與合作。
據懷柔科學城管委會副主任、懷柔區(qū)??政府副區(qū)?蘭雄景介紹，懷柔科學城邊建設、邊運行、邊產出，發(fā)揮設施平臺載體優(yōu)勢和高校院所資源優(yōu)勢，突破關鍵核心技術51項，產出重大科技成果329項，在懷創(chuàng)新主體榮獲2023年度國家科學技術獎13項，2023年度北京市科學技術獎26項。
16個科技設施平臺面向全球開放共享，累計開放機時超過123萬小時，服務國內外用戶600余家，成為全球重大科技基礎設施密度最強的地區(qū)之一、國家戰(zhàn)略科技力量最完善的地區(qū)之一以及原始創(chuàng)新成果技術引領新高地。
責編：李莉芹
一審：李莉芹
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來源：北京青年報
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