大國之“光”

中國大科學裝置巡禮係列報道

在北京市懷柔區雁棲湖畔，一座外形酷似放大鏡的巨型建築悄然矗立。它不是普通的科研實驗室，而是我國最新一代高能同步輻射光源——北京懷柔同步輻射光源（High Energy Photon Source，簡稱HEPS）

從(cong) 空中俯瞰，HEPS主體(ti) 建築群宛如一個(ge) 巨大的“放大鏡”，靜臥於(yu) 雁棲湖畔的青山綠水之間。這枚占地976畝(mu) 、周長超過1360米的“科學放大鏡”，宏偉(wei) 的“鏡框”環抱著加速器隧道。

2024年10月12日，經過5年多的建設，這座被譽為(wei) “超大號X光機”的裝置成功發出了“第一束光”，標誌著我國在同步輻射光源領域邁出了重要一步。

這項工程不僅(jin) 是中國科學家智慧與(yu) 毅力的結晶，更是全球高能同步輻射領域的重大突破。HEPS產(chan) 生的光比太陽還要亮一萬(wan) 億(yi) 倍，堪稱世界上最亮的“X光機”。

它將幫助人類“看清”微觀世界中的每一個(ge) 細節：從(cong) 航天材料的微裂紋，到蛋白質分子結構，再到腦神經元活動軌跡，並為(wei) 航空航天、生物醫藥、能源環境等前沿領域提供強有力的支撐。

它不僅(jin) 是北京懷柔綜合性國家科學城的核心地標，更是我國“十三五”期間優(you) 先布局、攻堅克難建成的“大國重器”。自2019年6月破土動工，曆經5年多的緊張建設，HEPS終於(yu) 成功點亮，即將為(wei) 揭示物質最深層的奧秘、驅動前沿科技創新，發出屬於(yu) 中國的、最耀眼的科學之光。

置身懷柔科學城，HEPS以其獨特而富有深意的建築造型成為(wei) 最引人注目的科學地標。

整個(ge) 園區由三棟主體(ti) 建築構成，整體(ti) 設計巧妙地呈現為(wei) 一個(ge) 巨大的“放大鏡”形態。其“鏡框”部分是一個(ge) 周長1360多米的巨型環形建築，內(nei) 部容納著光源的核心裝置——電子儲(chu) 存環；“手柄”位置則是綜合實驗樓和用戶服務樓，為(wei) 未來的科研用戶提供支持。

據介紹，整個(ge) 項目占地達976畝(mu) ，相當於(yu) 90個(ge) 標準足球場大小。在實驗大廳內(nei) 部，為(wei) 了應對如此龐大的空間，工作人員甚至需要騎行自行車穿梭以提高效率，足見其規模之宏大。

值得注意的是，HEPS的建設堪稱一場科技“馬拉鬆”——自2019年6月啟動以來，2000餘(yu) 名建設者曆經5年攻堅，攻克了加速器精密調控、超高真空環境維持等數百項技術難題。2023年3月直線加速器滿能量出束，2024年7月儲(chu) 存環全環貫通，直至2024年10月“第一束光”誕生，每一步都刷新著中國同步輻射光源的新高度。

作為(wei) 第四代光源的代表，HEPS的“高能”屬性令人驚歎。其電子束能量達6GeV，亮度是醫用X光機的十萬(wan) 億(yi) 倍。

有專(zhuan) 家說，若將傳(chuan) 統光源比作手電筒，HEPS則相當於(yu) 一盞“探照燈”——它能穿透厘米級金屬，捕捉納米級結構的動態演變。這種能力使其成為(wei) 研究催化劑反應、蛋白質折疊、航空材料疲勞損傷(shang) 等複雜問題的理想工具。

與(yu) 其他大科學裝置互補，HEPS的布局彰顯戰略深意。HEPS的建成，將我國同步輻射光源研究能力從(cong) 第一代（北京同步輻射裝置）、第二代（合肥光源）、第三代（上海光源），一舉(ju) 推進到國際最前沿的第四代，填補了從(cong) 原子尺度到宏觀工程材料的全鏈條研究空白。

自2019年6月啟動建設以來，HEPS項目不斷取得階段性成果。

2021年6月28日，第一台科研設備安裝；2023年3月14日，直線加速器滿能量出束；2024年7月1日，儲(chu) 存環全環貫通進入聯調階段。

2024年10月12日21時30分，HEPS實驗大廳氣氛凝重。HEPS常務副總指揮董宇輝團隊將一張橙色膠片裝入成像站，關(guan) 閉防輻射門後按下按鈕。

當光閘開啟的刹那，一束肉眼不可見的“能量之箭”穿透樣品，膠片上逐漸浮現出邊緣銳利的黑斑——這正是HEPS的“第一束光”留下的印記。

董宇輝也在上麵記錄了此珍貴的時刻：高能同步輻射光源發出“第一束光”“2024.10.12 21:30”“曝光0.1s（秒）”

據專(zhuan) 家介紹，由於(yu) 裝置發出的光不是可見光，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(ge) 超級放大鏡一樣能將微觀物質看得很清楚，相當於(yu) 一個(ge) 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。

“第一束光”的實驗數據令人振奮。團隊用它對預製裂紋的不鏽鋼板成像，發現可檢測到的微裂紋數量比傳(chuan) 統光源增加數倍，分辨率達到30納米——相當於(yu) 看清一根頭發絲(si) 直徑的萬(wan) 分之一。這一突破意味著，未來航天器發動機的葉片裂紋、鋰電池材料的結構演化都將無所遁形。

潘衛民總指揮用“手電筒與(yu) 探照燈”比喻光源迭代：“太陽照在身上隻能感知溫暖，但X光能透視骨骼。HEPS不僅(jin) 是亮度的飛躍，更是研究範式的革新。”

HEPS的“超能力”正在轉化為(wei) 實實在在的科研突破。

據介紹，首期建設的14條光束線站中，硬X射線成像線站（HXI）堪稱“明星”。它能實現強穿透性與(yu) 高靈敏度的統一，為(wei) 航空發動機渦輪葉片做“CT掃描”，實時觀測材料在高溫高壓下的損傷(shang) 過程。

在生命科學領域，HEPS與(yu) 多模態跨尺度生物醫學成像設施形成“雙璧”。通過整合冷凍電鏡、原子力顯微鏡等技術，構建從(cong) 分子到人體(ti) 的全景式成像體(ti) 係。2025年3月，該設施發布的十大成果中，微型雙光子顯微鏡僅(jin) 重2.2克，卻能讓實驗鼠佩戴著“跑”起來，記錄自由活動中的神經元活動；全人體(ti) PET-CT則實現了腫瘤早期微小病灶的精準定位。

兩(liang) 者的結合，正催生全新的研究模式。例如，科學家利用HEPS解析病毒蛋白結構，再用多模態成像設施追蹤其在活體(ti) 細胞內(nei) 的複製路徑，為(wei) 新藥研發提供“原子級”靶點。這種跨尺度、多模態的研究範式，或將加速癌症、阿爾茨海默病等疑難疾病的攻克。

更深遠的影響在於(yu) 產(chan) 業(ye) 變革。航天領域，HEPS可模擬太空極端環境對材料的影響，助力國產(chan) 大飛機發動機葉片研發；能源領域，它能優(you) 化光伏電池晶格結構，提升光電轉化效率；環保領域，通過解析催化劑表麵反應機製，為(wei) 碳捕捉技術開辟新路徑。

HEPS的崛起，僅(jin) 是懷柔科學城建設的縮影。

這片100.9平方公裏的土地上，37個(ge) 大科學裝置正構成全球領先的“科研矩陣”。地球係統數值模擬裝置可複現全球氣候變化，綜合極端條件實驗裝置能創造接近絕對零度的極端環境……

這些“國之重器”協同發力，使我國在物質科學、生命科學等領域實現從(cong) “跟跑”到“領跑”的跨越。

科學城的“磁吸效應”正在顯現。這裏集聚了78位兩(liang) 院院士、19名諾獎得主，每年產(chan) 出重大科技成果300餘(yu) 項。2023年，懷柔科學城斬獲國家科學技術獎13項，其中國家自然科學一等獎首次花落於(yu) 此。

“我們(men) 不僅(jin) 要做‘科學燈塔’，更要成為(wei) ‘創新生態池’。”懷柔科學城管委會(hui) 有關(guan) 負責人介紹，多模態成像設施已與(yu) 法國居裏研究所共建國際聯盟，HEPS的測試機時向中小企業(ye) 開放，甚至催生了國產(chan) 高端X射線源的產(chan) 業(ye) 化突破。

來源：fun88网页下载 編輯：十一郎