中科院專家在參觀高能同步輻射光源驗(yàn)證裝置的儲(chǔ)存環(huán)標(biāo)準(zhǔn)單元模型。 本報(bào)記者 沈 慧攝
我國(guó)第四代同步輻射光源有望于今年年中正式開建，新裝置建成后，將擁有世界最高光譜亮度，為基礎(chǔ)科學(xué)和工程科學(xué)等領(lǐng)域的原創(chuàng)性、突破性創(chuàng)新研究提供重要支撐平臺(tái)。
北京玉泉路，中科院高能物理研究所內(nèi)，一個(gè)“龐然大物”靜靜俯臥著——這就是我國(guó)第一代同步輻射光源裝置，曾為抗擊“非典”等科學(xué)研究立下汗馬功勞：2003年，我國(guó)科學(xué)家利用同步輻射光成功測(cè)定了SARS病毒主蛋白酶的結(jié)構(gòu)，為抗病毒藥物研制提供了重要信息。如今，這個(gè)“龐然大物”已有些“老態(tài)龍鐘”。
可喜的是，我國(guó)第四代同步輻射光源——高能同步輻射光源核心技術(shù)日前完成驗(yàn)證，今年年中有望正式開建。
“高能同步輻射光源的驗(yàn)證裝置總體性能達(dá)到同類設(shè)備國(guó)際先進(jìn)水平，部分技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，具備了建設(shè)高能同步輻射光源的能力。”驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)，由中科院院士陳佳洱擔(dān)任驗(yàn)收主任的委員會(huì)給出這樣的評(píng)價(jià)。
按照業(yè)界劃分，5—8GeV(1GeV=10億電子伏特，能量越大，分辨率越高)屬于高能區(qū)，目前世界上已有3個(gè)高能同步輻射光源裝置，其最高能量分別是8GeV、7GeV、6GeV，分別為日本、美國(guó)、歐洲擁有。
根據(jù)計(jì)劃，高能同步輻射光源建成后，將擁有世界最高光譜亮度，高于目前世界上現(xiàn)有、正在或即將建設(shè)的光源，預(yù)計(jì)耗資48億元。
這個(gè)不惜斥巨資打造的國(guó)之重器的功能是什么?中科院高能物理研究所研究員張闖打了個(gè)比方：超級(jí)顯微鏡。
由于分辨率的限制，普通光學(xué)顯微鏡下看到的物質(zhì)微小結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)模糊的光斑，科學(xué)家無法從分子層面研究活細(xì)胞。電子顯微鏡雖然可以看得更小更清楚，但由于電子必須在真空中運(yùn)行，只能用來觀測(cè)固體標(biāo)本，不能用于活體觀測(cè)。
“魚”和“熊掌”能否兼得?同步輻射光源裝置的出現(xiàn)，讓科學(xué)家們看到了希望，但是否擁有足夠的亮度是個(gè)重要指標(biāo)。“這就好比打個(gè)手電筒看東西，手電筒越亮，自然看得越清楚。”張闖向經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者解釋道。
為制造能量更高、亮度更強(qiáng)的光，人類發(fā)明了可產(chǎn)生這種光的大工具——同步輻射光源。
為了獲得更高的分辨率、看得更細(xì)，我國(guó)在北京建成第一代同步輻射光源后，又相繼建成合肥(第二代)同步輻射光源、上海(第三代)同步輻射光源。這兩個(gè)處于低、中能量區(qū)的大實(shí)驗(yàn)裝置由于所處能量區(qū)的限制，雖然能夠“看見”所觀察物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，但是依然不能捕捉其變化過程，特別是在真實(shí)狀態(tài)下物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化過程。
“有了高能同步輻射光源，科學(xué)家們就可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用或研究需要，生產(chǎn)出亮度更高的X光，借助這雙‘火眼金睛’，科學(xué)家們不僅可以清晰地看到物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)一步觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。”張闖告訴記者。
除了開展科學(xué)研究，科研人員還可以利用高能同步輻射光源，進(jìn)一步探測(cè)分析飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)材料在工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)，為相關(guān)材料攻克提供更多信息;隨著集成電路集成度越來越高，具備高分辨成像能力的高能同步輻射光源將會(huì)成為診斷精密部件內(nèi)部缺陷的主力。
“圍繞新一代同步輻射光源的核心裝置，如高能加速器、光束線和實(shí)驗(yàn)站等多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，成效顯著。”中科院高能物理研究所研究員秦慶介紹，探測(cè)器是所有同步輻射實(shí)驗(yàn)最核心的部件，每種實(shí)驗(yàn)都對(duì)探測(cè)器提出特殊的要求，如何得到優(yōu)化的高性能探測(cè)器對(duì)保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和提高實(shí)驗(yàn)效率具有十分重要的意義。
秦慶告訴記者，目前國(guó)際上提供常規(guī)先進(jìn)探測(cè)器的廠家僅有幾家，價(jià)格昂貴，而且無法根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求進(jìn)行專門設(shè)計(jì)生產(chǎn)，售后服務(wù)存在困難。同時(shí)，一些實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的探測(cè)器主要針對(duì)一些特定的實(shí)驗(yàn)，難以推廣普及。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)北京高能同步輻射光源的實(shí)際需求和未來同步輻射探測(cè)器發(fā)展趨勢(shì)，研制了可同時(shí)滿足空間分辨、能量分辨、大的動(dòng)態(tài)范圍以及快速讀出時(shí)間等需求的二維像素陣列X射線探測(cè)器樣機(jī)，為未來北京高能同步輻射光源開展各種高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)提供了重要工具和手段。
“高能同步輻射光源建成后，將為基礎(chǔ)科學(xué)和工程科學(xué)等領(lǐng)域的原創(chuàng)性、突破性創(chuàng)新研究提供重要支撐平臺(tái)。”秦慶表示。(沈慧)
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