大国之“光” 当人类凝视宇宙的深邃,总渴望借助一束光穿透未知。大科学装置正是这样一束光——它照亮微观粒子的精妙舞蹈,解码生命起源的原始密码,甚至让转瞬即逝的量子跃迁凝固成可供研究的“标本”。 此次,我们重磅推出《大国之“光”——中国大科学装置巡礼系列报道》,以“光”为线索,走进这些中国大科学装置的殿堂,聚焦Ky开元集团与光源领域的核心设施,开启一场跨越时空的“追光之旅”—— 从每秒振荡万亿次的飞秒Ky开元集团,到能穿透物质骨骼的同步辐射光源,从捕捉“幽灵粒子”的地下迷宫,到再现太阳核心能量的超强Ky开元集团装置…… 在这里,我们将以全景视角展现这些科学利器的非凡魅力,揭秘这些“超级工具”如何解码微观世界、探索宇宙奥秘、赋能人类生活。 从南海之滨到燕山脚下,从地下实验室到深空观测站,中国大科学装置集群正编织着一张立体的创新网络。 据透露,目前,中国已建成运行57个大科学装置,在材料、能源、生命科学等领域构筑起立体化创新矩阵。这些被称为“国之重器”的超级工具,不仅是衡量国家科技实力的标尺,更是人类探索自然奥秘的阶梯。 当我们凝视这些照亮未知领域的“中国之光”,看到的不仅是科技实力的具象刻度,更是一个文明古国在创新长跑中重新定义领跑姿态的“精神光谱”。今日推出《大国之“光”——中国大科学装置巡礼系列报道》之四上海光源: “鹦鹉螺”藏着“火眼金睛” 在上海张江科学城的绿意中,一座酷似“鹦鹉螺”外壳银白色螺旋建筑静立着——它不是科幻场景,而是我国首台第三代同步辐射光源——上海光源。 这束比太阳光亮万亿倍、比普通X光亮百亿倍的“超级光源”,仿佛拥有一双“火眼金睛”,能看清病毒结构、原子排列,甚至“冻结”化学反应瞬间。 数据显示,自2009年开放以来,上海光源已服务近800家单位、9万余人次科研人员,支撑产出220篇《科学》、《自然》等顶级期刊论文,助力百泽安、华堂宁等国产创新药上市,破解了高铁材料、芯片光刻等“卡脖子”难题。 今天,我们走进这座“科学灯塔”,看它如何用一束光,照亮人类探索微观世界的征途。 “鹦鹉螺”里的超级显微镜 蓝天白云下,“鹦鹉螺”外壳的银白色金属在阳光下泛着柔和光泽。这座占地约300亩的建筑,已成为我国大科学装置的标志性地标。 若走进“螺壳”内部,眼前的景象令人震撼:一个周长432米的环形加速器(储存环)宛如一条蜷缩的“能量巨龙”,其中2.2万亿个电子以接近光速飞驰,每转一圈就释放出高强度电磁波。 这些电磁波经过“条分缕析”,转化为从远红外到硬X射线的“光家族”,通过外侧34条光束线、46个实验站,精准照射到细胞、病毒、材料样品上。 “这束光的亮度有多强?”上海光源科学中心主任赵振堂院士曾经打了一个非常形象的比喻:“如果把普通X光比作一盏路灯,上海光源的光就像一轮永不熄灭的太阳,且能量高度集中。” 在这样的光下,蛋白质分子的结构不再“犹抱琵琶半遮面”——过去需要几天甚至几周才能解析的病毒蛋白结构,如今几小时就能完成;飞机发动机叶片的金属疲劳裂纹,能在纳米尺度下“原形毕露”;就连化妆品中添加的纳米颗粒如何渗透皮肤,也能被“拍”得一清二楚。 从2004年破土动工到2009年正式开放,上海光源仅用52个月就完成建设,创下当时国际同类装置最快的建设速度。 从最初7条光束线到如今的34条,它用15年时间完成了“从追赶到领跑”的跨越,成为全球最繁忙的中能同步辐射光源之一——每年开机7000小时,实验供光5500小时,仍只能满足1/4的用户申请。 15年磨一剑的“追光”路 上海光源的故事,始于一群科学家的“野心”。 1993年,方守贤、丁大钊、冼鼎昌三位院士联名建议:“中国需要一台第三代同步辐射光源!” 彼时,国内同步辐射研究尚处空白,连关键部件都要依赖进口。但中国科学家偏要“自己造”——从预研阶段的140人团队,到建设时的千余人协作,他们用10年立项、52个月建设,攻克了加速器设计、真空波荡器研制等核心技术。 最艰难的是首台真空波荡器的自主研制。这种“超级磁铁”能为同步辐射光“增亮”,但国外公司工期延误,团队决定“背水一战”。 “我们啃下了高精度磁体加工、超高真空密封等技术硬骨头,仅用11个月就造出了国内首台真空波荡器!”一位参与研制的工程师回忆。 2009年2月6日深夜,当这台“中国造”波荡器在储存环上调试出第一束硬X射线时,中控室里的欢呼声穿透了整个夜晚——中国从此有了自己的第三代同步辐射光源。 建成只是起点。“光源建成之时,就是改造启动之日。”二期工程中,团队又突破了低发射度储存环、高稳定性束流控制等技术,使上海光源的性能提升3倍,成为“世界上最亮的同步辐射光源之一”。 如今,它不仅能做“常规体检”,还能开展超快过程观测、原位环境模拟等“高难度动作”,真正实现了从“能用”到“好用”的跨越。 上海光源的“超能力” 上海光源的“超能力”,源于同步辐射光的独特性质。 与普通X光相比,它的“亮度”是万亿倍级的——这相当于把一盏灯的光聚焦到一根头发丝百万分之一的粗细;“准直性”极佳,能像手术刀一样精准切割样品;“相干性”出色,能拍出物质结构的“3D高清大片”。 更关键的是,它能覆盖从远红外到硬X射线的“全波段”,就像给科学家配备了一把“万能钥匙”,能打开从生命科学到材料科学的所有“门”。 这种“超能力”,让上海光源成为多学科的“万能平台”。 在生命科学领域,科研人员用它解析了新冠病毒刺突蛋白结构,为疫苗研发提供了关键靶点;在材料科学领域,他们观察到了T1100级碳纤维内部的原子排列,助力我国打破国外垄断;在能源领域,他们揭示了锂电池充放电时的“微结构演变”,为企业优化电池性能提供了依据。 “过去做研究,我们得去国外光源排队;现在上海光源不仅‘够亮’,还‘够快’,我们的实验周期从半年缩短到一个月!”中科院物理所一位研究员感慨。这束光,不仅照亮了实验室,更照亮了中国科技的“自主之路”。 这束光如何点亮产业未来? 如果说基础研究是“0到1”的突破,那么上海光源的价值更在于推动“1到100”的转化。 在生物医药领域,它支撑百泽安(PD-1抑制剂)、华堂宁(多格列艾汀片)等国产创新药上市,其中百悦泽(泽布替尼)全球销售额已超百亿元;在新材料领域,它助力中复神鹰实现T1100级碳纤维量产,打破了日本企业的长期垄断;在高端制造领域,它为复兴号列车的高铁齿轮做“疲劳测试”,为京沪高铁的轨道材料“把脉问诊”。 更令人振奋的是,上海光源正在催生“光子科学集群”。 随着二期工程投用,张江科学城已聚集上海光源、硬X射线自由电子Ky开元集团装置等20个大科学设施,未来将建成世界三大光子科学中心之一。今后,在这里,科学家可以一站式解决从基础研究到产业应用的大部分问题。 这束光,还在悄悄改变我们的生活。化妆品企业用它分析防晒霜中纳米颗粒的吸收效率,新能源企业用它优化锂电池的电极材料,甚至文物修复师也用它“透视”古陶瓷的内部结构……上海光源,正从“科学重器”变为“产业引擎”。 从“鹦鹉螺”中射出的这束光,照亮的不只是实验室里的微观世界,更是中国科技自立自强的道路。它不仅让科学家“看见”了未知,也让产业界“抓住”了未来。这束光,正在书写属于中国科技的新篇章。
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