科學與健康｜以光為“尺”探索物質微觀結構！我國首臺高能同步輻射光源今年底試運行
“加速電子、產生光”；以光為“尺”，解析探索物質的微觀結構和演變機制……如同一臺超大號的X光機，同步輻射光源可以更好“看清”微觀世界。
記者近日從中國科學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）一期工程建設將于2025年底完成，具備驗收條件，啟動試運行。
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、產生光”，通過加速電子并使其在磁場中沿弧形軌道運動，從而產生電磁輻射。當高速運動的電子在磁場作用下改變運動方向時，會在切線方向釋放出同步輻射光。
經過光束線的精細化調制，給航空航天、能源環(huán)境、生物醫(yī)藥、物理化學等領域的科學家提供高品質的光，解析探索物質的微觀結構和演變機制。
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14條光束線和實驗站，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年運行以來，始終貫徹“開放、聯合、開拓、創(chuàng)新”的方針，對國內外的科研單位、高等院校等全面免費開放。
中國科學院院士、北京正負電子對撞機國家實驗室主任陳和生介紹，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、化學化工、生命科學、材料科學和環(huán)境科學的研究提供了一個堅實的實驗平臺，并取得了SARS病毒蛋白質分子結構解析、“砒霜”治療白血病的分子作用機制等一系列研究成果。
據悉，隨著2025年5月北京正負電子對撞機升級改造的完成，北京同步輻射裝置將保留8條光束線站，以全年兼用光的運行模式繼續(xù)對外開放。
超大號X光機！第四代高能同步輻射光源看點多多
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)光源所無法進行的工作。北京懷柔、雁棲湖畔，正在建設的高能同步輻射光源是世界上設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驗方法。
這也是中國第一臺高能同步輻射光源，結合能量高達300千電子伏特的高能X射線，助力實時、原位、實際工況的物質微觀結構及其演變機制解析，開展更靈敏、更精細、更快速、更復雜和更接近實際工作環(huán)境的科學研究。
高能同步輻射光源預計將于2025年底啟動試運行。（中國科學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年啟動建設以來，高能同步輻射光源已基本完成加速器、光束線站建設，開展了多輪帶光聯調，15條光束線站全部出光，裝置團隊利用創(chuàng)新研發(fā)的前沿方法，助力加速器調束，解決了納米聚焦鏡等關鍵調光問題，實現了“加速器—插入件—光束線—實驗站”全鏈路協(xié)同調試，束流發(fā)射度、調光方法等取得良好進展。
據介紹，高能同步輻射光源容納能力可達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隊還同期推進后續(xù)線站建設規(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，推進光束線站持續(xù)建設，期待“十五五”期間達到45條光束線站，更好地支持各領域前沿基礎研究和產業(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功能材料、能源與環(huán)境、生命科學與醫(yī)學等領域提供微觀觀測手段，被全球公認為“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用于研究材料結構、性質和相變，如晶體、陶瓷等材料的結構分析、缺陷研究等；還用于新材料的探索和研究，如半導體、超導體、納米材料等；生命科學相關的研究，如結構生物學、生物大分子功能研究、藥物研發(fā)等，為相關領域研究提供高分辨率的生物分子結構信息，幫助人們理解蛋白質、核酸等生物大分子的結構和功能，有助于新藥創(chuàng)制、遺傳工程等領域的進展。
第四代光源的高亮度和高相干性優(yōu)勢，結合新興的實驗技術，將進一步拓寬科學研究邊界，為高溫超導、新能源固態(tài)電池等戰(zhàn)略前沿研究提供有力支持，同時提高微觀結構解析質量和效率，助力新材料研發(fā)和新型藥物篩選等產業(yè)發(fā)展。
高能同步輻射光源工程常務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第四代光源的作用，高能同步輻射光源團隊在積極推進驗收指標達標的基礎上，與各領域科研院所、企業(yè)等用戶單位保持深入溝通交流，征集首批實驗方案、各領域重大研發(fā)需求，通過實驗指導裝置聯調，確?？茖W需求引導高能同步輻射光源建設，多次組織領域專題用戶研討會，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)境建設等工作。
“在北京同步輻射裝置已有成果基礎上，高能同步輻射光源將瞄準國家重大需求、工業(yè)創(chuàng)新以及科學研究前沿，開展體現和發(fā)揮第四代光源高水平、高性能優(yōu)勢的實驗研究。”潘衛(wèi)民說。
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來源：新華網
編輯：GY653
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