作者｜倪思潔

同步輻射光源被譽為“超級顯微鏡”，可以利用X射線看清物質内部的結構。

作為科技界和工業界不可或缺的重要實驗平台，同步輻射光源正在變得更亮，以看到更清晰的物質結構。

記者從日前召開的“高能同步輻射光源高端學術論壇”獲悉，在北京、上海、合肥三大綜合性國家科學中心，我國科學家正如火如荼地建設先進同步輻射光源，未來将全面覆蓋高、中、低能區。

在北京懷柔綜合性國家科學中心，以“放大鏡”為造型的高能同步輻射光源（HEPS，簡稱高能光源）已顯出了大緻的模樣。

北京高能同步輻射光源。中科院高能物理研究所供圖

高能光源2019年6月開工，建設周期為6年半，今年6月正式進入設備安裝階段。

高能光源項目總指揮、中科院高能物理研究所研究員潘衛民介紹，高能光源聚焦高能區，建成後将成為我國第一台高能量同步輻射光源，也是世界最亮的第四代同步輻射光源之一，與美國先進光子源、歐洲同步輻射裝置、日本SPring-8、德國的PETRA-III一起，構成世界五大高能同步輻射光源，将滿足國家戰略和工業核心創新能力等相關研究對高能量、高亮度X射線的迫切需求。

“我們必須保證‘後牆不倒’，确保高能光源在2025年12月驗收并投入運行。”潘衛民說，2024年4月，HEPS将打出第一束同步光；2025年9月，HEPS開始試運行。

高能光源首批将建設14條光束線和相應的實驗站，可提供納米空間分辨、皮秒時間分辨、毫電子伏能量分辨的同步光，通過對微觀結構多維度、實時、原位表征，解析物質結構生成及其演化的全周期全過程。

潘衛民表示，後續高能光源還将規劃建設更多光束線站，“高能光源建設高性能光束線站的容量不少于90條。2035年，預期線站總數将達到60條左右，總體上進入世界前列；到2040年，預期線站總數将達到70條左右，總體上處于世界領先地位”。

在上海張江綜合性國家科學中心一個酷似“鹦鹉螺”的建築裡，來自全國各地的科研人員來來往往。其承載的是中能第三代同步輻射光源——上海光源（SSRF）。

上海同步輻射光源。上海同步輻射光源供圖

1993年我國科學家丁大钊、方守賢、冼鼎昌建議在中國建造第三代同步輻射光源。2004年12月，SSRF工程正式動工，2009年5月6日正式對用戶開放。

“SSRF開放運行12年，用戶已經超過了3萬人，機時供不應求。”SSRF科學中心主任、中國工程院院士趙振堂說。

截至2020年底，SSRF已經服務了遍布全國571家單位3100餘個課題組的31500多名用戶，産出了一批重大成果。例如，2020年，助力我國科學家應對新冠疫情的系列蛋白質結構研究取得突破進展。

2016年11月，SSRF線站工程開工建設，新建16條高水平的光束線站并拓展光源性能，以實現第三代同步輻射光源近乎極限的空間、時間和能量分辨能力，全面提升SSRF科技策源能力。“二期工程預期在2022年6月完成所有線站調束，11月完成國家驗收并全面向用戶開放。”趙振堂說。

面向未來，“SSRF将率先升級為同時具備同步輻射高重頻和高穩定性以及自由電子激光高相幹性的第五代光源。”趙振堂說。

在安徽合肥綜合性國家科學中心，一隻“大眼睛”正在籌建之中，它便是合肥先進光源（HALF）。

合肥先進光源效果圖。中國科學技術大學供圖

“HALF的工程目标是國際先進、低能量區第四代同步輻射光源，科學目标是實現複雜體系電子态、化學态、輕元素結構精确測量。”中國科學技術大學國家同步輻射實驗室主任封東來說。

對于先進光源裝置來說，不同的能區各有所長。“低能區側重于功能研究，可用于研究化學反應、超導電性、磁性、航空發動機燃燒動力學等。中高能區側重于研究結構，可用于觀察單晶生長、蛋白質分子結構、航空發動機單晶葉片的結構缺陷等。”封東來說。

目前在我國，随着用戶需求的擴大，低能區光束線數量少、性能不足的問題日漸突出。正因如此，HALF将目标瞄準了低能區。

“北京高能光源覆蓋高能區，上海光源覆蓋中能區，未來我們希望通過建設HALF彌補我國先進光源在低能區的短闆，滿足能源、化工、環境等領域前沿研究需求。”封東來說。

封東來表示，安徽省、合肥市和中科院共投入了3.56億元，經過3年預研，已經形成了建設方案。“目前，合肥先進光源的光束線和實驗站的初步設計已經完成，首批拟建設10個實驗線站，後續還規劃了近20條線站，總計約35條線站。”封東來說。

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