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大科學(xué)裝置是建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)的利器，也是實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的牢固基石。“十四五”期間，北京懷柔綜合性國(guó)家科學(xué)中心布局的6個(gè)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中，已有4個(gè)通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收正式運(yùn)行。世界上設(shè)計(jì)亮度最高的高能同步輻射光源，也將在今年年底開(kāi)啟試運(yùn)行。

從空中俯瞰，它的外形酷似一個(gè)超級(jí)放大鏡，未來(lái)這里將能造出比太陽(yáng)亮萬(wàn)億倍的光，是觀測(cè)物質(zhì)微觀世界的大國(guó)重器。2019年，該光源在北京懷柔科學(xué)城開(kāi)工建設(shè)，今年3月啟動(dòng)帶光聯(lián)調(diào)。

它如同一座巨型X光機(jī)，通過(guò)發(fā)射出的我們看不見(jiàn)的X光射線，科學(xué)家們可以比以往更細(xì)致地觀察微觀物質(zhì)世界，解決航空航天、能源環(huán)境、生命醫(yī)藥、新材料研發(fā)等諸多領(lǐng)域面臨的重大科學(xué)問(wèn)題，為基礎(chǔ)科學(xué)和工業(yè)創(chuàng)新等領(lǐng)域的原創(chuàng)性、突破性研究提供重要支撐。

巨型X光機(jī) 探索微觀世界的利器

這樣一臺(tái)巨型X光機(jī)是如何看清楚微觀物質(zhì)世界的呢？

在北京懷柔科學(xué)城一處位置較高的地方，總臺(tái)央視記者褚爾嘉遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xué)城里占地面積最大的一個(gè)大科學(xué)裝置，總體占地達(dá)到了976畝，主體——中間儲(chǔ)存環(huán)的周長(zhǎng)達(dá)到了1360.4米，中間可以容納下多達(dá)20個(gè)足球場(chǎng)。從空中俯瞰這座大科學(xué)裝置，它就像一個(gè)超級(jí)放大鏡，這也寓意著它是一個(gè)探索微觀世界的利器。

位于高能同步輻射光源核心區(qū)域的中央控制室是光源的大腦，屏幕上顯示著光源的運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)指標(biāo)。今年3月，高能同步輻射光源正式啟動(dòng)帶光聯(lián)調(diào)，進(jìn)入了驗(yàn)收前的最后沖刺階段。

高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛(wèi)民：11月份，各個(gè)線站的性能指標(biāo)要達(dá)到，這樣一來(lái)整個(gè)光源的指標(biāo)就達(dá)到了。12月開(kāi)始接待一些用戶，叫光源的試運(yùn)行。到明年6月份之間，我們保留試運(yùn)行狀態(tài)。國(guó)家驗(yàn)收完畢，我們就正式投入運(yùn)行。

高能同步輻射光源是一種提供高性能X射線的大科學(xué)裝置，在儲(chǔ)存環(huán)加速器里高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電子具有高達(dá)60億電子伏特的能量，將可以發(fā)出亮度相當(dāng)于太陽(yáng)光的一萬(wàn)億倍的光。它主要由直線加速器、增強(qiáng)器、儲(chǔ)存環(huán)和光束線站構(gòu)成，通過(guò)加速電子、生產(chǎn)光。

目前，高能同步輻射光源已經(jīng)建設(shè)有14條光束線站供科研人員使用。光源的儲(chǔ)存環(huán)發(fā)出的光會(huì)經(jīng)過(guò)光束線的精細(xì)化調(diào)制以后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)站，供科研人員開(kāi)展各類科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民介紹，現(xiàn)在高能同步輻射光源已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)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(lái)的裂紋非常清晰。體現(xiàn)了第四代光源清晰度的性能水平，為今后的實(shí)驗(yàn)奠定了重要的基礎(chǔ)。

迎難而上 以中國(guó)速度建設(shè)世界最亮光源

高能同步輻射光源第一次發(fā)出光時(shí)，科研人員用一張黃色感光紙放在光路上，記錄下的一個(gè)黑色斑點(diǎn)。上面手寫記錄了2024年10月12日21時(shí)30分，第一束光等內(nèi)容。這個(gè)黑色方形斑點(diǎn)就是高能同步輻射光源發(fā)出第一束光的標(biāo)志。

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員、副所長(zhǎng)董宇輝回憶當(dāng)時(shí)的情景，光照過(guò)來(lái)在黃色感光紙上打出了黑色的方形光斑，證明機(jī)器能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)。這是工程的一個(gè)非常重要、非常關(guān)鍵的點(diǎn)，表明系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，可以進(jìn)行下面細(xì)致的工作了。

2019年6月，高能同步輻射光源在北京啟動(dòng)建設(shè)，預(yù)計(jì)建設(shè)周期為6年半。盡管困難重重，但工程技術(shù)人員僅用了3年多的時(shí)間，就完成了高能同步輻射光源土建部分的建設(shè)。2023年12月，光源儲(chǔ)存環(huán)1776臺(tái)磁鐵中的最后一臺(tái)安裝就位，標(biāo)志著這座大科學(xué)裝置的儲(chǔ)存環(huán)主體設(shè)備安裝完畢。為了確保電子束在環(huán)形軌道上穩(wěn)定運(yùn)行，全部磁鐵的安裝精度誤差小于50微米，再次創(chuàng)造了中國(guó)奇跡。

高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民介紹，其實(shí)在整個(gè)設(shè)備研制過(guò)程中，他們攻克了很多難題。一個(gè)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(méi)有阻攔地通過(guò)?？蒲腥藛T經(jīng)過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)、攻關(guān)，終于把這個(gè)問(wèn)題解決了，這是他們的創(chuàng)新點(diǎn)之一，在國(guó)際上也是難題。

從1990年我國(guó)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(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)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(zhì)世界的能力更強(qiáng)了，而這背后則是中國(guó)工程技術(shù)和科研人員不斷探索未知物質(zhì)世界的智慧和勇氣。

將建90條以上光束線站 提供超強(qiáng)研究平臺(tái)

記者了解到，未來(lái)，高能同步輻射光源里可以建設(shè)多達(dá)90條以上的光束線站，也就是說(shuō)至少有90個(gè)的科研團(tuán)隊(duì)可以在這座光源里同時(shí)開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

研究人員就可以對(duì)不同環(huán)境下的各種樣品開(kāi)展研究，幫助人類探索一個(gè)個(gè)神秘的微觀世界，從而提升我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)和高技術(shù)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新能力，為國(guó)家解決資源、能源、環(huán)境、人口和健康諸多領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)提供強(qiáng)大的科學(xué)技術(shù)支撐。