科學(xué)與健康｜以光為“尺”探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)！我國首臺高能同步輻射光源今年底試運(yùn)行

記者近日從中國科學(xué)院高能物理研究所獲悉，我國第一臺、第一代同步輻射光源北京同步輻射裝置（BSRF）重啟開放；世界上設(shè)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（HEPS）一期工程建設(shè)將于2025年底完成，具備驗(yàn)收條件，啟動試運(yùn)行。

老驥伏櫪：我國第一臺、第一代同步輻射光源碩果累累

中國科學(xué)院高能物理研究所專家介紹，同步輻射光源的基本原理是“加速電子、產(chǎn)生光”，通過加速電子并使其在磁場中沿弧形軌道運(yùn)動，從而產(chǎn)生電磁輻射。當(dāng)高速運(yùn)動的電子在磁場作用下改變運(yùn)動方向時，會在切線方向釋放出同步輻射光。

經(jīng)過光束線的精細(xì)化調(diào)制，給航空航天、能源環(huán)境、生物醫(yī)藥、物理化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家提供高品質(zhì)的光，解析探索物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和演變機(jī)制。

北京同步輻射裝置是我國第一臺、第一代同步輻射光源，建設(shè)14條光束線和實(shí)驗(yàn)站，可提供從真空紫外到硬X射線能量范圍的同步輻射光。自1990年運(yùn)行以來，始終貫徹“開放、聯(lián)合、開拓、創(chuàng)新”的方針，對國內(nèi)外的科研單位、高等院校等全面免費(fèi)開放。

中國科學(xué)院院士、北京正負(fù)電子對撞機(jī)國家實(shí)驗(yàn)室主任陳和生介紹，30多年來，北京同步輻射裝置以專用光、兼用光模式，為凝聚態(tài)物理、化學(xué)化工、生命科學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的研究提供了一個堅實(shí)的實(shí)驗(yàn)平臺，并取得了SARS病毒蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)解析、“砒霜”治療白血病的分子作用機(jī)制等一系列研究成果。

據(jù)悉，隨著2025年5月北京正負(fù)電子對撞機(jī)升級改造的完成，北京同步輻射裝置將保留8條光束線站，以全年兼用光的運(yùn)行模式繼續(xù)對外開放。

超大號X光機(jī)！第四代高能同步輻射光源看點(diǎn)多多

高亮度的特性決定了同步輻射光源可以用來做許多常規(guī)光源所無法進(jìn)行的工作。北京懷柔、雁棲湖畔，正在建設(shè)的高能同步輻射光源是世界上設(shè)計亮度最高的第四代同步輻射光源，建成后將發(fā)出地球上“最亮的光”，可提供納米探針、非彈散射、相干衍射、超高時間分辨等多種前沿實(shí)驗(yàn)方法。

這也是中國第一臺高能同步輻射光源，結(jié)合能量高達(dá)300千電子伏特的高能X射線，助力實(shí)時、原位、實(shí)際工況的物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及其演變機(jī)制解析，開展更靈敏、更精細(xì)、更快速、更復(fù)雜和更接近實(shí)際工作環(huán)境的科學(xué)研究。

高能同步輻射光源預(yù)計將于2025年底啟動試運(yùn)行。（中國科學(xué)院高能物理研究所供圖）

高能同步輻射光源工程總指揮潘衛(wèi)民介紹，自2019年啟動建設(shè)以來，高能同步輻射光源已基本完成加速器、光束線站建設(shè)，開展了多輪帶光聯(lián)調(diào)，15條光束線站全部出光，裝置團(tuán)隊利用創(chuàng)新研發(fā)的前沿方法，助力加速器調(diào)束，解決了納米聚焦鏡等關(guān)鍵調(diào)光問題，實(shí)現(xiàn)了“加速器—插入件—光束線—實(shí)驗(yàn)站”全鏈路協(xié)同調(diào)試，束流發(fā)射度、調(diào)光方法等取得良好進(jìn)展。

據(jù)介紹，高能同步輻射光源容納能力可達(dá)90條光束線站，為了盡快發(fā)揮大裝置的能力，高能同步輻射光源團(tuán)隊還同期推進(jìn)后續(xù)線站建設(shè)規(guī)劃，在各級部門的支持下，積極探索多渠道投資新模式，與科研用戶、企業(yè)用戶深度合作，推進(jìn)光束線站持續(xù)建設(shè)，期待“十五五”期間達(dá)到45條光束線站，更好地支持各領(lǐng)域前沿基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)研發(fā)。

四世同堂：“光源”家族為前沿科技再添動力

同步輻射光源可為先進(jìn)功能材料、能源與環(huán)境、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供微觀觀測手段，被全球公認(rèn)為“前沿科研的眼睛”。

目前，除北京同步輻射裝置的第一代光源，中國還建設(shè)有位于安徽合肥的第二代光源，位于上海張江的第三代光源。

前三代同步輻射光源已應(yīng)用于研究材料結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和相變，如晶體、陶瓷等材料的結(jié)構(gòu)分析、缺陷研究等；還用于新材料的探索和研究，如半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、納米材料等；生命科學(xué)相關(guān)的研究，如結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物大分子功能研究、藥物研發(fā)等，為相關(guān)領(lǐng)域研究提供高分辨率的生物分子結(jié)構(gòu)信息，幫助人們理解蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，有助于新藥創(chuàng)制、遺傳工程等領(lǐng)域的進(jìn)展。

第四代光源的高亮度和高相干性優(yōu)勢，結(jié)合新興的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，將進(jìn)一步拓寬科學(xué)研究邊界，為高溫超導(dǎo)、新能源固態(tài)電池等戰(zhàn)略前沿研究提供有力支持，同時提高微觀結(jié)構(gòu)解析質(zhì)量和效率，助力新材料研發(fā)和新型藥物篩選等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

高能同步輻射光源工程常務(wù)副總指揮董宇輝介紹，為充分發(fā)揮高能同步輻射光源這一國際先進(jìn)第四代光源的作用，高能同步輻射光源團(tuán)隊在積極推進(jìn)驗(yàn)收指標(biāo)達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，與各領(lǐng)域科研院所、企業(yè)等用戶單位保持深入溝通交流，征集首批實(shí)驗(yàn)方案、各領(lǐng)域重大研發(fā)需求，通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)裝置聯(lián)調(diào)，確保科學(xué)需求引導(dǎo)高能同步輻射光源建設(shè)，多次組織領(lǐng)域?qū)ｎ}用戶研討會，力爭盡快出成果、出好成果，并同期開展國際合作、用戶友好環(huán)境建設(shè)等工作。

“在北京同步輻射裝置已有成果基礎(chǔ)上，高能同步輻射光源將瞄準(zhǔn)國家重大需求、工業(yè)創(chuàng)新以及科學(xué)研究前沿，開展體現(xiàn)和發(fā)揮第四代光源高水平、高性能優(yōu)勢的實(shí)驗(yàn)研究。”潘衛(wèi)民說。

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