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》之五: 合肥先進光源: “靈眸”乍現,一“眼”千裏
在合肥北郊未來大科學城,一隻巨型“靈眸”正悄然成型。
這隻“眼睛”並非自然造物,而是總投資超27億(yi) 元的國家重大科技基礎設施——合肥先進光源(HALF)。
作為(wei) 國際最先進的低能區第四代同步輻射裝置,合肥先進光源的軟X射線亮度與(yu) 相幹性較前代提升百倍,將在物理、材料、生命科學等領域打開微觀世界的“超清窗口”。
事實上,從(cong) 2017年合肥獲批國家綜合性國家科學中心,到2023年項目正式獲批並開工,再到2025年配套工程封頂,這座周長480米的環形“科技燈塔”正以每秒60萬(wan) 圈的電子束流速度,勾勒中國全能量區先進光源體(ti) 係的最後一塊拚圖。
“靈眸”的誕生,不僅(jin) 標誌著我國同步輻射技術躋身全球第一梯隊,更將為(wei) 量子信息、芯片製造、生物醫藥等戰略領域提供“看得更清、測得更準”的科研利器,成為(wei) 探索納米世界的“超級顯微鏡”。
01 “靈眸”初現
從(cong) 空中俯瞰,合肥先進光源宛如一隻凝視微觀世界的“靈眸”——480米周長的儲(chu) 存環構成“眼眸”核心,直線加速器與(yu) 光束線站如同“視神經”延伸,總占地麵積約657畝(mu) ,總建築麵積達9.8萬(wan) 平方米,規模相當於(yu) 6個(ge) 標準足球場。
這隻“眼睛”的“瞳孔”是注入器、儲(chu) 存環與(yu) 光束線站三大核心係統,共同構成探測微觀世界的“超級顯微鏡”。
作為(wei) 中國新一代低能區第四代同步輻射光源,項目選址合肥未來大科學城核心區,總投資27.7892億(yi) 元,由中國科學技術大學作為(wei) 法人單位牽頭建設。
據介紹,目前,工程已進入全麵建設階段,預計2027年建成後,將成為(wei) 亞(ya) 洲唯一、全球低能區光源中亮度與(yu) 相幹性雙領先的“科技之眼”。這隻“靈眸”的誕生,不僅(jin) 填補了我國第四代同步輻射光源的空白,更標誌著中國在光子科學領域邁入國際第一方陣。
02 性能“躍遷”
合肥先進光源的“先進性”,核心在於(yu) 實現了從(cong) “看清”到“看透”的跨越。
作為(wei) 基於(yu) 衍射極限儲(chu) 存環的第四代裝置,其發射度僅(jin) 86皮米·弧度,這一指標在全球低能區光源中首屈一指,意味著電子束流的發散度極小,能產(chan) 生更集中、更明亮的光。
其中,亮度與(yu) 相幹性的躍升是其最顯著的標簽。相比前代光源,其軟X射線亮度提升百倍以上,相幹性提升超100倍。
通俗來說,這就像從(cong) “蠟燭”升級為(wei) “激光燈”:常規光源如白熾燈隻能發出單光譜光,醫院X光機亮度不足,而合肥先進光源覆蓋中紅外至中軟X射線全光譜,且能像“精準手術刀”般分離出任意波長的光,讓科學家在納米尺度下“實時直播”物質變化。
還有,這個(ge) 大裝置的“工作流程”展現了精密科技的協同之美:電子槍產(chan) 生的電子束,經192米直線加速器加速至2.2GeV能量,再通過輸運線進入480米儲(chu) 存環;在儲(chu) 存環中,電子束在磁場作用下偏轉,經波蕩器產(chan) 生可調波長的同步輻射光;隨後,光束線站的高分辨單色器(分辨率達10萬(wan) )篩選特定波長光,聚焦鏡將其壓縮成納米級光斑,最終在實驗站與(yu) 物質作用,實現百納米空間分辨、百納秒時間分辨的探測。
這種“全鏈條精密控製”,讓人類首次具備在原子、分子層麵“圍觀”化學反應、材料演化的能力。
03 “超級顯微鏡”
據專(zhuan) 家介紹,對於(yu) 基礎科學而言,合肥先進光源是“打開新世界的鑰匙”。
在生命科學領域,它將破解阿爾茨海默症的致病之謎——這類疾病由蛋白質異常折疊引發,病灶尺度僅(jin) 10納米,現有技術無法看清。而合肥先進光源的三維成像分辨率達幾納米,能“拍攝”蛋白質折疊的動態過程,為(wei) 藥物研發提供“病理高清影像”。
在物理學領域,它將助力量子信息研究。量子材料的電子態、自旋態變化是量子計算的核心,但其尺度僅(jin) 原子級別,常規設備難以捕捉。借助光源的高能量分辨能力(電子伏特量級),科學家可實時觀測電子在材料中的運動軌跡,為(wei) 量子芯片設計提供“微觀藍圖”。
催化劑表麵的原子如何參與(yu) 反應?電池充放電時的化學態如何變化?這些過程的時間尺度在納秒級,空間尺度在納米級,此前隻能通過理論推測。
而合肥先進光源的“時間分辨”技術,能像“高速攝像機”般記錄這些瞬間,讓“看不見的反應”變得可視化,推動綠色催化、高效能源材料的研發。
04 產(chan) 業(ye) 新“引擎”
這隻“靈眸”不僅(jin) 服務於(yu) 基礎研究,更將成為(wei) 破解“卡脖子”技術的“利器”。
在集成電路領域,它將實現芯片的“無損體(ti) 檢”——傳(chuan) 統芯片檢測需切開晶圓,而合肥先進光源可通過軟X射線穿透芯片,在不損傷(shang) 器件的前提下,識別納米級缺陷,這將大幅提升芯片良率,助力我國突破高端芯片製造瓶頸。
在新材料領域,它將為(wei) 國產(chan) 大飛機“減重”提供可能。我國高端輕元素材料(如碳纖維複合材料)幾乎依賴進口,因現有技術無法看清其加工過程中多尺度結構的演化。而光源能追蹤材料從(cong) 原子排列到宏觀性能的變化,讓研發從(cong) “碰運氣”變為(wei) “精準設計”,預計可將新材料研發周期縮短50%以上。
在光刻工藝上,光源可提供高精度光刻光源,助力國產(chan) 光刻技術升級;在新型顯示領域,能解析OLED材料的發光機製,提升屏幕亮度與(yu) 壽命;在新能源汽車領域,可優(you) 化電池電極材料結構,提升續航能力。
05 “世界級光子中心”
據悉,合肥先進光源的建成,將與(yu) 上海光源(高能區)、北京HEPS(中能區)形成“全能量區覆蓋”的光源體(ti) 係,使我國在光子科學領域躋身全球第一梯隊。項目建成後,預計年開放機時超5000小時,預計吸引全球超萬(wan) 名科研人員,帶動光子科學、量子計算等產(chan) 業(ye) 集群。
從(cong) 區域發展看,它將加速合肥成為(wei) “世界級光子科學中心”。依托全超導托克馬克、穩態強磁場等大科學裝置,合肥已形成“裝置集群效應”,而先進光源的加入,將吸引全球頂尖科學家與(yu) 企業(ye) 研發中心落戶,預計帶動形成千億(yi) 級光子產(chan) 業(ye) 集群,推動“科研高地”向“產(chan) 業(ye) 高地”轉化。
從(cong) 國家層麵看,它是提升創新能力的“基礎設施”。在能源安全、糧食安全、國防安全等領域,其對燃料化學態、農(nong) 作物基因結構、特種材料性能的精準探測,將為(wei) 戰略技術突破提供支撐。
正如同步輻射光源被稱為(wei) “科技的燈塔”,合肥先進光源這隻“靈眸”,正照亮中國科技自立自強的前路,讓人類在探索未知的征途上,擁有了更明亮的“眼睛”。
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