大國之“光” 當人類凝視宇宙的深邃,總渴望借助一束光穿透未知。大科學裝置正是這樣一束光——它照亮微觀粒子的精妙舞蹈,解碼生命起源的原始密碼,甚至讓轉瞬即逝的量子躍遷凝固成可供研究的“標本”。 此次,我們(men) 重磅推出《大國之“光”——中國大科學裝置巡禮係列報道》,以“光”為(wei) 線索,走進這些中國大科學裝置的殿堂,聚焦激光與(yu) 光源領域的核心設施,開啟一場跨越時空的“追光之旅”—— 從(cong) 每秒振蕩萬(wan) 億(yi) 次的飛秒激光,到能穿透物質骨骼的同步輻射光源,從(cong) 捕捉“幽靈粒子”的地下迷宮,到再現太陽核心能量的超強激光裝置…… 在這裏,我們(men) 將以全景視角展現這些科學利器的非凡魅力,揭秘這些“超級工具”如何解碼微觀世界、探索宇宙奧秘、賦能人類生活。 從(cong) 南海之濱到燕山腳下,從(cong) 地下實驗室到深空觀測站,中國大科學裝置集群正編織著一張立體(ti) 的創新網絡。 據透露,目前,中國已建成運行57個(ge) 大科學裝置,在材料、能源、生命科學等領域構築起立體(ti) 化創新矩陣。這些被稱為(wei) “國之重器”的超級工具,不僅(jin) 是衡量國家科技實力的標尺,更是人類探索自然奧秘的階梯。 當我們(men) 凝視這些照亮未知領域的“中國之光”,看到的不僅(jin) 是科技實力的具象刻度,更是一個(ge) 文明古國在創新長跑中重新定義(yi) 領跑姿態的“精神光譜”。今日推出《大國之“光”——中國大科學裝置巡禮係列報道》之四上海光源: “鸚鵡螺”藏著“火眼金睛” 在上海張江科學城的綠意中,一座酷似“鸚鵡螺”外殼銀白色螺旋建築靜立著——它不是科幻場景,而是我國首台第三代同步輻射光源——上海光源。 這束比太陽光亮萬(wan) 億(yi) 倍、比普通X光亮百億(yi) 倍的“超級光源”,仿佛擁有一雙“火眼金睛”,能看清病毒結構、原子排列,甚至“凍結”化學反應瞬間。 數據顯示,自2009年開放以來,上海光源已服務近800家單位、9萬(wan) 餘(yu) 人次科研人員,支撐產(chan) 出220篇《科學》、《自然》等頂級期刊論文,助力百澤安、華堂寧等國產(chan) 創新藥上市,破解了高鐵材料、芯片光刻等“卡脖子”難題。 今天,我們(men) 走進這座“科學燈塔”,看它如何用一束光,照亮人類探索微觀世界的征途。 “鸚鵡螺”裏的超級顯微鏡 藍天白雲(yun) 下,“鸚鵡螺”外殼的銀白色金屬在陽光下泛著柔和光澤。這座占地約300畝(mu) 的建築,已成為(wei) 我國大科學裝置的標誌性地標。 若走進“螺殼”內(nei) 部,眼前的景象令人震撼:一個(ge) 周長432米的環形加速器(儲(chu) 存環)宛如一條蜷縮的“能量巨龍”,其中2.2萬(wan) 億(yi) 個(ge) 電子以接近光速飛馳,每轉一圈就釋放出高強度電磁波。 這些電磁波經過“條分縷析”,轉化為(wei) 從(cong) 遠紅外到硬X射線的“光家族”,通過外側(ce) 34條光束線、46個(ge) 實驗站,精準照射到細胞、病毒、材料樣品上。 “這束光的亮度有多強?”上海光源科學中心主任趙振堂院士曾經打了一個(ge) 非常形象的比喻:“如果把普通X光比作一盞路燈,上海光源的光就像一輪永不熄滅的太陽,且能量高度集中。” 在這樣的光下,蛋白質分子的結構不再“猶抱琵琶半遮麵”——過去需要幾天甚至幾周才能解析的病毒蛋白結構,如今幾小時就能完成;飛機發動機葉片的金屬疲勞裂紋,能在納米尺度下“原形畢露”;就連化妝品中添加的納米顆粒如何滲透皮膚,也能被“拍”得一清二楚。 從(cong) 2004年破土動工到2009年正式開放,上海光源僅(jin) 用52個(ge) 月就完成建設,創下當時國際同類裝置最快的建設速度。 從(cong) 最初7條光束線到如今的34條,它用15年時間完成了“從(cong) 追趕到領跑”的跨越,成為(wei) 全球最繁忙的中能同步輻射光源之一——每年開機7000小時,實驗供光5500小時,仍隻能滿足1/4的用戶申請。 15年磨一劍的“追光”路 上海光源的故事,始於(yu) 一群科學家的“野心”。 1993年,方守賢、丁大釗、冼鼎昌三位院士聯名建議:“中國需要一台第三代同步輻射光源!” 彼時,國內(nei) 同步輻射研究尚處空白,連關(guan) 鍵部件都要依賴進口。但中國科學家偏要“自己造”——從(cong) 預研階段的140人團隊,到建設時的千餘(yu) 人協作,他們(men) 用10年立項、52個(ge) 月建設,攻克了加速器設計、真空波蕩器研製等核心技術。 最艱難的是首台真空波蕩器的自主研製。這種“超級磁鐵”能為(wei) 同步輻射光“增亮”,但國外公司工期延誤,團隊決(jue) 定“背水一戰”。 “我們(men) 啃下了高精度磁體(ti) 加工、超高真空密封等技術硬骨頭,僅(jin) 用11個(ge) 月就造出了國內(nei) 首台真空波蕩器!”一位參與(yu) 研製的工程師回憶。 2009年2月6日深夜,當這台“中國造”波蕩器在儲(chu) 存環上調試出第一束硬X射線時,中控室裏的歡呼聲穿透了整個(ge) 夜晚——中國從(cong) 此有了自己的第三代同步輻射光源。 建成隻是起點。“光源建成之時,就是改造啟動之日。”二期工程中,團隊又突破了低發射度儲(chu) 存環、高穩定性束流控製等技術,使上海光源的性能提升3倍,成為(wei) “世界上最亮的同步輻射光源之一”。 如今,它不僅(jin) 能做“常規體(ti) 檢”,還能開展超快過程觀測、原位環境模擬等“高難度動作”,真正實現了從(cong) “能用”到“好用”的跨越。 上海光源的“超能力” 上海光源的“超能力”,源於(yu) 同步輻射光的獨特性質。 與(yu) 普通X光相比,它的“亮度”是萬(wan) 億(yi) 倍級的——這相當於(yu) 把一盞燈的光聚焦到一根頭發絲(si) 百萬(wan) 分之一的粗細;“準直性”極佳,能像手術刀一樣精準切割樣品;“相幹性”出色,能拍出物質結構的“3D高清大片”。 更關(guan) 鍵的是,它能覆蓋從(cong) 遠紅外到硬X射線的“全波段”,就像給科學家配備了一把“萬(wan) 能鑰匙”,能打開從(cong) 生命科學到材料科學的所有“門”。 這種“超能力”,讓上海光源成為(wei) 多學科的“萬(wan) 能平台”。 在生命科學領域,科研人員用它解析了新冠病毒刺突蛋白結構,為(wei) 疫苗研發提供了關(guan) 鍵靶點;在材料科學領域,他們(men) 觀察到了T1100級碳纖維內(nei) 部的原子排列,助力我國打破國外壟斷;在能源領域,他們(men) 揭示了鋰電池充放電時的“微結構演變”,為(wei) 企業(ye) 優(you) 化電池性能提供了依據。 “過去做研究,我們(men) 得去國外光源排隊;現在上海光源不僅(jin) ‘夠亮’,還‘夠快’,我們(men) 的實驗周期從(cong) 半年縮短到一個(ge) 月!”中科院物理所一位研究員感慨。這束光,不僅(jin) 照亮了實驗室,更照亮了中國科技的“自主之路”。 這束光如何點亮產(chan) 業(ye) 未來? 如果說基礎研究是“0到1”的突破,那麽(me) 上海光源的價(jia) 值更在於(yu) 推動“1到100”的轉化。 在生物醫藥領域,它支撐百澤安(PD-1抑製劑)、華堂寧(多格列艾汀片)等國產(chan) 創新藥上市,其中百悅澤(澤布替尼)全球銷售額已超百億(yi) 元;在新材料領域,它助力中複神鷹實現T1100級碳纖維量產(chan) ,打破了日本企業(ye) 的長期壟斷;在高端製造領域,它為(wei) 複興(xing) 號列車的高鐵齒輪做“疲勞測試”,為(wei) 京滬高鐵的軌道材料“把脈問診”。 更令人振奮的是,上海光源正在催生“光子科學集群”。 隨著二期工程投用,張江科學城已聚集上海光源、硬X射線自由電子激光裝置等20個(ge) 大科學設施,未來將建成世界三大光子科學中心之一。今後,在這裏,科學家可以一站式解決(jue) 從(cong) 基礎研究到產(chan) 業(ye) 應用的大部分問題。 這束光,還在悄悄改變我們(men) 的生活。化妝品企業(ye) 用它分析防曬霜中納米顆粒的吸收效率,新能源企業(ye) 用它優(you) 化鋰電池的電極材料,甚至文物修複師也用它“透視”古陶瓷的內(nei) 部結構……上海光源,正從(cong) “科學重器”變為(wei) “產(chan) 業(ye) 引擎”。 從(cong) “鸚鵡螺”中射出的這束光,照亮的不隻是實驗室裏的微觀世界,更是中國科技自立自強的道路。它不僅(jin) 讓科學家“看見”了未知,也讓產(chan) 業(ye) 界“抓住”了未來。這束光,正在書(shu) 寫(xie) 屬於(yu) 中國科技的新篇章。
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