大科(ke)學(xue)裝(zhuang)置(zhi)，指的(de)是國(guo)家(jia)重大科(ke)技(ji)(ji)基礎設(she)施，是我(wo)國(guo)實現(xian)(xian)諸多(duo)重大科(ke)技(ji)(ji)成果突破和建設(she)科(ke)技(ji)(ji)強國(guo)的(de)“利器(qi)”。比(bi)如大家(jia)熟悉(xi)的(de)射電望遠(yuan)鏡——中國(guo)天(tian)眼FAST。五一期間，我(wo)國(guo)不(bu)少大科(ke)學(xue)裝(zhuang)置(zhi)仍在施工中，科(ke)學(xue)家(jia)和建設(she)者加班加點，保障工程(cheng)順利進行。這幾天(tian)，我(wo)們(men)將走進這些(xie)“國(guo)之(zhi)重器(qi)”的(de)工程(cheng)現(xian)(xian)場，了解它們(men)的(de)重要(yao)作用。今天(tian)第一站(zhan)，我(wo)們(men)先走進北京懷柔科(ke)學(xue)城。

  高能同步輻射光源主體工程初具規模

  在(zai)懷柔(rou)科學城，大科學裝置——高能(neng)同(tong)步輻(fu)射(she)光源(yuan)正在(zai)建(jian)設中。經(jing)過四年建(jian)設，工程主體已經(jing)初具(ju)規(gui)模。從空中俯(fu)瞰，高能(neng)同(tong)步輻(fu)射(she)光源(yuan)由三棟主體建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)構成，整體建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)外(wai)形好(hao)像一個(ge)放大鏡，用以“探測微觀(guan)世(shi)界”。從畫面不難看出，綜(zong)合實驗樓和用戶服(fu)務樓構成了“放大鏡”的“手柄”，而最(zui)大的圓環狀建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)則是光源(yuan)裝置區域，也(ye)是核心建(jian)筑(zhu)(zhu)(zhu)，它是“放大鏡”的“鏡框(kuang)”。聽說建(jian)成后，這里能(neng)產(chan)生地球上“最(zui)亮的光”。

  “最亮(liang)的(de)光”比(bi)太陽亮(liang)度(du)高(gao)(gao)1萬億倍(bei)如果把高(gao)(gao)能(neng)同(tong)步輻(fu)射(she)光源(yuan)比(bi)作一(yi)個放大(da)鏡，我(wo)所在的(de)位置(zhi)就是最為核心的(de)“鏡框(kuang)”部分。因為加速器(qi)裝置(zhi)還在建設調試，所以我(wo)們能(neng)夠近距(ju)離地來一(yi)探究竟。到2025年，高(gao)(gao)能(neng)同(tong)步輻(fu)射(she)光源(yuan)建成運行后，將會產生世界上“最亮(liang)的(de)同(tong)步輻(fu)射(she)光”，它(ta)的(de)亮(liang)度(du)比(bi)太陽亮(liang)度(du)高(gao)(gao)1萬億倍(bei)，可(ke)以照亮(liang)微觀(guan)世界，將成為科學(xue)家探測微觀(guan)世界的(de)國之重(zhong)器(qi)。

  加速電子生產光照亮微觀世界

  最亮的(de)(de)(de)光(guang)究竟是如何產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)呢？在(zai)(zai)展板上有個原(yuan)理圖，基本的(de)(de)(de)原(yuan)理就是加(jia)速(su)(su)電(dian)子(zi)(zi)、生(sheng)(sheng)產光(guang)。在(zai)(zai)直線(xian)加(jia)速(su)(su)器部分，高壓(ya)電(dian)子(zi)(zi)槍(qiang)出來(lai)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)能量加(jia)速(su)(su)到(dao)0.5個GeV，然(ran)后(hou)在(zai)(zai)增強器從0.5個GeV加(jia)速(su)(su)到(dao)6個GeV，也就是6000兆電(dian)子(zi)(zi)伏，最后(hou)電(dian)子(zi)(zi)再進入到(dao)外面大的(de)(de)(de)儲存環中，電(dian)子(zi)(zi)在(zai)(zai)這里接近光(guang)速(su)(su)的(de)(de)(de)速(su)(su)度奔跑中，會沿著切線(xian)方向產生(sheng)(sheng)一束束非常關(guan)鍵的(de)(de)(de)同步輻射(she)光(guang)，用(yong)于我們的(de)(de)(de)科學研究。

  其實同步(bu)輻射光(guang)也比較(jiao)好理解，因為(wei)在(zai)我(wo)們的(de)日常(chang)生(sheng)活中(zhong)，有一個非(fei)常(chang)類似(si)的(de)場景，就(jiu)好像下雨(yu)時，很多(duo)人(ren)有過(guo)這樣的(de)經歷，如果(guo)我(wo)們轉動雨(yu)傘，沿著雨(yu)傘邊緣的(de)切線方向會飛出(chu)一簇簇水珠，就(jiu)好像是甩出(chu)去的(de)一束(shu)(shu)束(shu)(shu)光(guang)。這些X射線光(guang)束(shu)(shu)發光(guang)的(de)角度非(fei)常(chang)小，光(guang)子非(fei)常(chang)集中(zhong)，所以(yi)照亮探測微觀(guan)世(shi)界的(de)能力(li)非(fei)常(chang)強。

  看(kan)起(qi)來(lai)貌(mao)似簡(jian)單，但是要讓看(kan)不(bu)見、以接(jie)近光速的(de)速度奔(ben)跑(pao)的(de)電子(zi)按照(zhao)預定計劃的(de)軌道運(yun)行(xing)，其實難度非常之大。比(bi)如增(zeng)強(qiang)器部分，電子(zi)就(jiu)是在(zai)中間(jian)的(de)真空管(guan)道中一邊奔(ben)跑(pao)一邊增(zeng)強(qiang)能量。在(zai)這(zhe)個過程中我們看(kan)到(dao)周(zhou)邊的(de)這(zhe)些設備就(jiu)是磁鐵，有二極(ji)(ji)(ji)鐵、四(si)極(ji)(ji)(ji)鐵、六極(ji)(ji)(ji)鐵，它(ta)們南極(ji)(ji)(ji)北極(ji)(ji)(ji)的(de)個數不(bu)一樣，對(dui)電子(zi)約(yue)束的(de)效果也不(bu)一樣，可(ke)以一起(qi)來(lai)調(diao)整電子(zi)奔(ben)跑(pao)的(de)方向、角(jiao)度，通過極(ji)(ji)(ji)其精(jing)細(xi)地調(diao)控讓近光速奔(ben)跑(pao)的(de)電子(zi)按照(zhao)需要的(de)軌道來(lai)運(yun)行(xing)。

  直線加速器電子束達到設計指標

  經過四年建設(she)，高能(neng)同步輻射光(guang)源(yuan)不僅僅是整體(ti)工程主(zhu)體(ti)已(yi)經基(ji)本(ben)建成，今(jin)年3月直(zhi)(zhi)線加速器滿能(neng)量(liang)(liang)出束(shu)，成功(gong)加速第一(yi)(yi)束(shu)電子(zi)束(shu)。科研(yan)團隊告訴記者，經過一(yi)(yi)個(ge)多月調試(shi)之后，目前直(zhi)(zhi)線加速器電子(zi)束(shu)是已(yi)經達到(dao)了設(she)計指標(biao)。增(zeng)強器部分(fen)這些設(she)備(bei)也(ye)已(yi)經完成安裝和(he)初步調試(shi)，下一(yi)(yi)階段將和(he)直(zhi)(zhi)線加速器進行聯調，要將電子(zi)束(shu)能(neng)量(liang)(liang)增(zeng)強到(dao)6000兆電子(zi)伏(fu)，這也(ye)是非常非常關鍵的一(yi)(yi)步。

  2025年，這一(yi)國之重器建成(cheng)之后，最亮的同步輻(fu)射光將(jiang)為我們探測微觀世(shi)界帶來哪些改變呢？讓我們一(yi)起期待。

  高能同步輻射光源 未來應用前景廣闊

  正在建(jian)設(she)中的(de)高能同步(bu)(bu)輻射光(guang)源(yuan)，是(shi)我國(guo)第四代同步(bu)(bu)加速器光(guang)源(yuan)。記者說(shuo)，它們的(de)演變就像黑白電(dian)視圖(tu)像到(dao)彩電(dian)、LED，再到(dao)4K高清。那么未來的(de)地(di)表最強光(guang)，都能應用在哪些(xie)領域呢？

  高能同步輻射光(guang)(guang)源是一種提(ti)供高性能X射線(xian)的大科學(xue)裝(zhuang)置，核(he)心(xin)構成包括(kuo)加速器、光(guang)(guang)束線(xian)、實驗站等，具有發射度(du)低、亮度(du)高、能量高、穿透能力(li)超強、分辨率高等特(te)點，發射的同步光(guang)(guang)基(ji)本覆(fu)蓋紅外光(guang)(guang)、可見光(guang)(guang)、真空紫外、X射線(xian)等波段。

  高(gao)能同步輻(fu)(fu)射光源工(gong)程總指揮 潘衛民：通(tong)過我(wo)們高(gao)能同步輻(fu)(fu)射光源，可以(yi)看(kan)到這(zhe)個(ge)納米(mi)級的(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，同時可以(yi)實時地、原(yuan)位地跟(gen)蹤這(zhe)個(ge)變化(hua)。對物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)一些(xie)調控、物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)(de)生成，還有(you)(you)它制造當中的(de)(de)(de)(de)一些(xie)應(ying)力的(de)(de)(de)(de)變化(hua)，可以(yi)進行深入(ru)的(de)(de)(de)(de)研究，這(zhe)樣對新材(cai)料和我(wo)們一些(xie)高(gao)檔的(de)(de)(de)(de)材(cai)料，比如(ru)說(shuo)航空材(cai)料的(de)(de)(de)(de)制備、服役以(yi)及它的(de)(de)(de)(de)應(ying)力的(de)(de)(de)(de)分析大(da)有(you)(you)幫助(zhu)。

  目前我國已完(wan)成四代(dai)(dai)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)布(bu)局，其(qi)中第(di)(di)一(yi)代(dai)(dai)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)是(shi)北京(jing)(jing)正負電(dian)(dian)子對撞機上寄生的(de)北京(jing)(jing)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射裝置，第(di)(di)二(er)代(dai)(dai)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)位于(yu)(yu)合(he)肥，第(di)(di)三代(dai)(dai)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)位于(yu)(yu)上海(hai)，第(di)(di)四代(dai)(dai)則(ze)是(shi)正在懷柔建設的(de)高能同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)，它側重于(yu)(yu)物質微(wei)結構及其(qi)演化(hua)的(de)研究，未來將逐(zhu)步應用到(dao)航空航天、能源(yuan)(yuan)環境、生物醫(yi)藥(yao)等領(ling)域。從第(di)(di)一(yi)代(dai)(dai)到(dao)第(di)(di)四代(dai)(dai)同(tong)(tong)步輻(fu)(fu)射光(guang)源(yuan)(yuan)的(de)發展，就像從黑白電(dian)(dian)視、彩電(dian)(dian)、LED到(dao)4K高清的(de)演變。

  高能(neng)同(tong)步輻射光(guang)源(yuan)工程總指揮 潘衛民：這也是(shi)世界上最(zui)亮的(de)光(guang)源(yuan)之一，相當于我們(men)(men)的(de)手(shou)電(dian)筒，剛(gang)開始是(shi)散(san)光(guang)的(de)，照不到很(hen)遠，照得很(hen)模糊，后來發展到手(shou)電(dian)筒是(shi)非(fei)常強光(guang)的(de)，非(fei)常亮，照得很(hen)遠，同(tong)時物體看(kan)得清楚。我們(men)(men)可(ke)以(yi)對一個微觀物質(zhi)進(jin)行實時、原位(wei)、多維(wei)度表征探測。在能(neng)源(yuan)、生(sheng)命(ming)科學、醫藥衛生(sheng)、石油化工、物質(zhi)材(cai)料(liao)的(de)新材(cai)料(liao)的(de)開發方面(mian)都有很(hen)多應用。（總臺央視記者(zhe) 帥(shuai)俊(jun)全 鄭瑋瑋）