回顧:上海光源這十年

來源:中國科學報    關鍵詞:上海光源, 激光裝置,    發布時間:2019-05-14

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上海光源實驗大廳 上海光源科學中心供圖

■本報記者 胡璇子 黃辛

上海浦東,有一座整體結構形似“鸚鵡螺”的建筑,目前世界上性能最好的第三代中能同步輻射光源之一 ——上海光源已在這里為科學研究“服務”了十年。

日前,同步輻射前沿發展暨上海光源開放十周年學術論壇在滬召開?!吧虾9庠丛谕苿游覈鴤鹘y化學化工領域取得重大科技進步方面發揮了重要作用?!鄙虾9庠从脩粑瘑T會主任包信和院士說,希望上海光源未來要成為引領世界的最強光。


十年來,上海光源支撐我國科學家在諸多學科領域創新突破,成為中國用戶最多的大科學裝置,也成為我國科技界命運共同體的一個典型代表。


用戶數逾2萬 吸引國內外頂尖科學家

2004年12月25日,由中國科學院和上海市人民政府共同建議和合作建設、中科院上海應用物理研究所(以下簡稱上海應物所)承建的上海光源破土動工。


2009年5月6日,上海光源正式向用戶開放,我國由此加入世界級同步輻射“俱樂部”。上海光源由一臺150MeV的直線加速器、全能量增強器和一臺3.5GeV電子儲存環及光束線站組成,目前對用戶開放了15條光束線與19個實驗站。


剛開放時,有三個挑戰擺在上海光源面前。

“首先,能否長期穩定可靠運行,運行性能又處于怎樣的水平?其次,它是否有足夠的用戶,用戶分布是否合理?再次,它可否產出足夠多的成果,成果的水平和影響力如何?”上海光源科學中心主任趙振堂告訴《中國科學報》。


上海光源用十年的不懈努力,給出了問題的答案——

每年開機約7000小時,其中實驗供光約為5500小時,運行期間,裝置穩定高效運行,性能不斷提升。加速器開機率、平均無故障運行時間間隔、平均故障修復時間等主要運行指標處于同類裝置的國際先進水平。


十年運行,上海光源已運行線站累計為用戶提供實驗機時超過34萬小時,執行通過專家評審的課題近13000個,用戶遍布國內外。


這一數字是立項時完全沒有想到的,據時任上海光源一期工程經理、上海應物所所長徐洪杰回憶,立項前需要匯報預計的最初用戶數,他們給出了300這一“樂觀估計”。


事實上,運行未滿一年,上海光源就迎來了第1000位用戶?!敖刂两衲?月底,上海光源用戶單位達518家,用戶數達24684人 ?!鄙虾9庠纯茖W中心副主任邰仁忠介紹。


上海光源已集聚了我國相對穩定的高水平同步輻射用戶群體,用戶對上海光源的需求十分強勁,實驗機時“供不應求”?!罢n題申請通過率約55%,機時僅能滿足國內用戶需求的1/4?!臂⑷手艺f。


上海光源目前已是我國用戶最多的大科學裝置和公共實驗平臺。


“上海光源開放以來,始終對標國際一流光源設施,改進裝置性能、實驗方法和關鍵技術,建立和完善制度,不斷提升管理和服務水平,保障了上海光源的穩定運行和高效產出?!壁w振堂介紹說。


2015年7月,中科院院長、黨組書記白春禮調研上海光源時對其高效運行開放給予了高度評價。他指出,上海光源自開放運行以來,秉承高效運行,優質服務的理念,取得了一系列有顯示度的成果。


產出成果豐碩 助力多個學科快速發展

上海光源開放前,中國科學家只能到歐美國家的第三代同步輻射裝置上借“光”,難以大展身手。十年來,上海光源就像一臺多用戶的超級顯微鏡,也像一束為科學家照亮微觀世界的“神奇之光”。


結構生物學家顏寧2014年利用上海光源成功破解了生命科學領域熱門的“蛋白質之謎”——人源葡萄糖轉運蛋白GLUT1的結構及工作機理。


此前,她和學生要去日本光源收實驗數據,除了蛋白質晶體樣品運送是一大難題,實驗機時申請還得排“國際長隊”。有了“家門口”的大科學裝置就方便多了,特別是在蛋白質結構研究沖刺期,上海光源提供了積極支持,為成果問世贏得了寶貴時間。


“在上海光源運行開放前,國內裝置解析的蛋白質晶體結構只有99個,上海光源運行開放十年后,這一數字達到了3775個?!鄙虾9庠从脩糌撠熑撕谓ㄈA給出了這樣一組數據。


有著相同感受的,還有上海睿智化學研究有限公司的科研人員。這家企業原本只能借助澳大利亞同步輻射光源,每次僅運輸成本就高達1500至3000美金?!坝辛松虾9庠?,我們的成本大大降低?!闭n題負責人劉敬賢說。


在上海光源助力之下,中科院物理研究所研究員丁洪團隊發現了隱藏80多年的外爾費米子,中科院大連化學物理研究所包信和院士團隊實現了甲烷的綠色、高效轉化,中國疾病預防控制中心高福院士團隊揭示出了禽流感、埃博拉等多種流行病毒感染機制……


在技術攻關和產業高新技術研發方面,亦有一張長長的成績單:高性能纖維工藝改進已服務相關產業,高性能銅合金連鑄凝固過程電磁調控技術已應用于京滬高鐵接觸線制造,基于上海光源實驗數據研發的多種新藥已進入臨床試驗……


目前已有60家企業利用上海光源進行技術和產品開發,涉及行業包括制藥、能源、日化、技術鑒定等,均取得了良好的效果和效益。


高效用戶成果產出的背后,凝聚著上海光源不斷提高運行和服務水平、改進裝置性能、發展同步輻射實驗方法的努力。


十年來,上海光源開展了基于設施的加速器改進和同步輻射實驗方法學及應用研究,實現了恒流運行、軌道快反饋、工作點反饋、注入模式和束團填充模式控制等;攻克了多種新型波蕩器和數字化測控技術,發展了涵蓋紅外、軟X射線、硬X射線波段的衍射、散射、譜學、成像等系列實驗方法,以及多項原位實驗技術。


二期加緊建設 期待持續產出重大成果

趙振堂表示,上海光源凝聚了我國相關領域幾代科學家的心血,成績來之不易,離不開中科院和上海市的堅強領導和有力組織,以及上海應物所近30年傾全所之力的拼搏和奉獻,也離不開國內外科研單位的無私幫助和廣大用戶的支持。


“中科院在重大科技基礎設施的建設、運行和四類機構改革等方面給予了上海光源全方位的強有力支持。上海應物所自上世紀90年代起就將上海光源的建設和發展作為全所工作的重中之重,正是全所上下在科研、管理、支撐和服務等方面的長期奮斗和努力,造就了今天的上海光源?!彼f。


未來十年,上海光源光束線站將進入基本飽和狀態,實現配套完整的實驗手段和能力,才能支撐用戶持續產出重大重要成果。


乘著上海建設具有全球影響力科創中心的東風,張江科學城核心區也迎來了建造大型科學裝置集群的高潮,上海光源的未來藍圖也在徐徐展開。


上海光源線站工程(上海光源二期工程)于2016年11月正式開工建設,其中X射線通用譜學線站已完成安裝和通光,將于今年投入運行。預計到2022年,上海光源將有約35條光束線和60個實驗站投入運行。屆時,上海光源年接待用戶能力將超過上萬人次。


上海光源還將與正在建設中的軟X射線自由電子激光裝置、硬X射線自由電子激光裝置及超強超短激光裝置一起形成先進的光子科學研究中心。


“上海光源二期建成投入運行后,其支撐解決重大前沿科學問題和關鍵技術問題的能力將步入新臺階,也將是我國未來5~7年內最具競爭力的同步輻射光源?!鄙虾9庠炊诠こ炭萍嘉敝魅侮惿裨菏空f。

《中國科學報》 (2019-05-13 第4版 綜合)
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