在懷柔雁棲湖畔，一個周長1.36千米的“放大鏡”形建筑群占據(jù)了967畝的區(qū)域，約90個足球場大小。今年3月14日，這里剛剛成功加速了裝置的第一束電子束，向產(chǎn)生世界“最亮的光”又邁進了一步。

位于懷柔科學城的國家重大科技基礎設施北京高能同步輻射光源（HEPS）。本報記者 潘之望攝

從星辰大海到生命演化，人類對未知領域的探索離不開大科學設施。在懷柔科學城，一座座“大國重器”正在落成。其中，這個被稱為“探測微觀世界利器”的“放大鏡”，格外引人注目。這將是我國第一臺高能同步輻射光源，也將成為世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。

【資料圖】

十年磨一劍。一群“追光的人”，等待世界最“亮”的同步光。

點擊圖片查看更多創(chuàng)新故事

10年攻關

填補空白的“追光人”

“為這一束電子束，我們等了約十五年。”中國科學院高能物理所高能同步輻射光源加速器部副主任李京祎感慨。光，照亮了物質世界。李京祎和同事，是一群“追光的人”。

上世紀40年代末，科學界發(fā)現(xiàn)：就像雨中快速轉動的雨傘，傘邊緣切線方向會飛出一簇簇水珠一樣，當高能電子束團被強迫在環(huán)形同步加速器上以接近于光速做回旋運動時，也會在切線方向發(fā)射出電磁波，這就是同步輻射光。

與常規(guī)光源相比，同步輻射光亮度高、覆蓋頻譜寬，就像是超級X光機，人們可以借助它觀察到物質的微觀結構。自此，世界各國開始了建設同步輻射裝置來構建光源的“競賽”。

北京，是我國第一個大科學設施的誕生地。

玉泉路旁，北京正負電子對撞機“一機兩用”，進行著正負電子的高能對撞。1988年至今，依托對撞機和北京同步輻射裝置，我國科研人員已產(chǎn)出一系列世界級科研成果，世界上第一個SARS冠狀病毒主蛋白酶蛋白質的晶體結構就在此得到解析。

左：《三體》電視劇在北京正負電子對撞機旁取景  右：北京正負電子對撞機  來源：中科院高能所

而為了“看”到納米級的物質結構，放眼世界，發(fā)射度更小、亮度更高、分辨率更高的新一代光源建設從未停步。一步慢，步步慢，時不我待。這是我國高能物理研究者的信念——要建一臺高能光源，填補空白。

時針轉回2008年。這群“追光人”開始對建設高能同步輻射光源的必要性和可行性進行論證，歷經(jīng)近10年攻關，驗證了技術路徑的可行性，完成了裝置的概念和工程設計。高能光源選址，則定在了北京懷柔科學城。

2019年6月，高能同步輻射光源破土動工，爭分奪秒成為每位建設者的信條。工程指揮部成員的辦公室墻上，掛著一份工程建設總進度計劃圖，宏大的工程被細致分解為82步，成為52個分系統(tǒng)人員的“指揮棒”。一個個時間節(jié)點穩(wěn)步推進的背后，是參與者廢寢忘食忙碌的身影。

期待世界“最亮的光”

2025年在北京照亮

歷時近4年建設，曾經(jīng)的荒草地上已經(jīng)“長”出了三棟主體建筑，最大的圓環(huán)狀建筑便是光源的核心。

北京懷柔科學城大科學裝置（高能同步輻射光源）。本報特約攝影 卜向東

“在光源的建設過程中，北京市、懷柔區(qū)和懷柔科學城都給了我們很大的支持，全方位保駕護航，為‘大國重器’連通了‘生命線’?！?/strong>李京祎說起，2022年冬天，是光源主體建筑封頂、科研設備啟動安裝的首個冬天。由于科研設備的準直精度普遍在10微米量級，環(huán)境溫度的細微變化，都會導致設備準直精度下降。以儲存環(huán)為例，其環(huán)境溫度必須保持在正負0.1攝氏度范圍內，才能保證磁鐵等設備的就位精度。

面對如此嚴苛的需求，懷柔區(qū)迅速協(xié)調，及時解決了光源裝置區(qū)的水、電、供暖等問題?！澳莻€冬天，我們和光源的設備都感到特別溫暖?！崩罹┑t笑道。

今年3月，高能同步輻射光源直線加速器“滿能量”出束，率先迎來“開門紅”，每秒都有百億量級的電子從電子槍“射”出，其中約90%的電子能順利抵達末端，保證末端電荷量達到額定2.5納庫（1微庫＝1000納庫）以上。這也意味著，這座“大國重器”進入科研設備安裝、調束并行階段，向產(chǎn)生世界最“亮”的同步光再邁進一步。預計到2025年，高能同步輻射光源將建成運行。

現(xiàn)在，光源最大的“環(huán)形加速跑道”——儲存環(huán)的安裝正在進行。光源投入運行后，儲存環(huán)中電子束在奔跑的過程中，將產(chǎn)生高亮度的同步光，幫助科研人員“照亮”實驗樣品，更好地解析物質的微觀結構及演變。

與儲存環(huán)一墻之隔，便是未來供用戶開展科學實驗的實驗站，大到飛機發(fā)動機、小到病毒蛋白質，都能在這里“體檢”。

“基礎研究是科技發(fā)展的基石，我們期待光源的第一束光盡快到來！”李京祎說。

“這是物理學家

夢寐以求的研究平臺”

小于1毫開爾文的極低溫、超過300吉帕斯卡的超高壓、至少26特斯拉的全超導磁體強磁場以及約100阿秒的超快光場……這是中國科學院物理研究所在懷柔科學城落地建設的綜合極端條件實驗裝置所能提供的實驗條件。

所謂極端條件是指在實驗室中人為創(chuàng)造出來達到或接近目前技術極限的條件。上述這組條件，意味著該裝置能夠提供比宇宙的背景輻射溫度還低幾千倍的極低溫，接近地心壓力的超高壓，比地球磁場高出幾十萬倍的強磁場，以及能捕捉到千萬億分之一秒畫面的“高速攝影機”。

“這是全世界物理學家夢寐以求的研究平臺?！?/strong>中科院物理所懷柔研究部主任呂力說，“如果把綜合極端條件下的科學探索過程比喻成探礦尋寶，有了這個綜合極端條件實驗裝置，我們就可以看得比別人更遠、挖得比別人更深，收獲也比別人更多?！?/p>

除了擔任中科院物理所懷柔研究部主任，呂力的另一個身份是綜合極端條件實驗裝置首席科學家。近年來，利用極端實驗條件取得創(chuàng)新突破，已成為科學研究發(fā)展的一種重要范式。

工欲善其事，必先利其器。2003年，中科院物理所成立工作小組，開始籌劃綜合極端條件實驗裝置的建設。四年后，呂力第一次來到懷柔，參與裝置的選址工作，“當時，裝置所在的這片區(qū)域還都是農(nóng)田、林地，后來，懷柔科學城慢慢建起來了，雁棲湖已經(jīng)成為‘國際會都’，周圍的環(huán)境真是大變樣?！?/strong>

2017年，綜合極端條件實驗裝置正式啟動建設。這是懷柔科學城內第一個開工的國家重大科技基礎設施，也是第一個進入科研狀態(tài)的大科學設施。它與其他大科學設施相比，最大的特點在于綜合化、集群化，每個極端條件都不是獨立的，是“強強聯(lián)合”，幫助科研人員進行全面、系統(tǒng)的研究。

建設大科學設施的過程，也是攻關克難的過程。呂力提到，有些儀器購買困難，研究人員就從零開始、自主研發(fā)。2022年12月20日，綜合極端條件實驗裝置全面進入試運行階段，20個平臺均面向中外用戶開放預約?？茖W家們第一次可以在家門口做實驗，自是難掩激動。首批通過性能工藝測試的5個實驗站開放普通課題預約申請時，就收到57份申請，申請者中包括36家國內外科研院所、高等院校和高新企業(yè)的一線科研團隊。

“多年來，我一步步看著懷柔科學城建設得越來越好，園區(qū)越來越熱鬧?！眳瘟ζ诖?，有了大科學設施，能幫助科研人員做出更多優(yōu)秀的成果。

來源：北京日報