回顾:上海光源这十年

来源:中国科学报    关键词:上海光源, bv1946韦德装置,    发布时间:2019-05-14

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上海光源实验大厅 上海光源科学中心供图

■本报记者 胡璇子 黄辛

上海浦东,有一座整体结构形似“鹦鹉螺”的建筑,目前世界上性能最好的第三代中能同步辐射光源之一 ——上海光源已在这里为科学研究“服务”了十年。

日前,同步辐射前沿发展暨上海光源开放十周年学术论坛在沪召开。“上海光源在推动我国传统化学化工领域取得重大科技进步方面发挥了重要作用。”上海光源用户委员会主任包信和院士说,希望上海光源未来要成为引领世界的最强光。


十年来,上海光源支撑我国科学家在诸多学科领域创新突破,成为中国用户最多的大科学装置,也成为我国科技界命运共同体的一个典型代表。


用户数逾2万 吸引国内外顶尖科学家

2004年12月25日,由中国科学院和上海市人民政府共同建议和合作建设、中科院上海应用物理研究所(以下简称上海应物所)承建的上海光源破土动工。


2009年5月6日,上海光源正式向用户开放,我国由此加入世界级同步辐射“俱乐部”。上海光源由一台150MeV的直线加速器、全能量增强器和一台3.5GeV电子储存环及光束线站组成,目前对用户开放了15条光束线与19个实验站。


刚开放时,有三个挑战摆在上海光源面前。

“首先,能否长期稳定可靠运行,运行性能又处于怎样的水平?其次,它是否有足够的用户,用户分布是否合理?再次,它可否产出足够多的成果,成果的水平和影响力如何?”上海光源科学中心主任赵振堂告诉《中国科学报》。


上海光源用十年的不懈努力,给出了问题的答案——

每年开机约7000小时,其中实验供光约为5500小时,运行期间,装置稳定高效运行,性能不断提升。加速器开机率、平均无故障运行时间间隔、平均故障修复时间等主要运行指标处于同类装置的国际先进水平。


十年运行,上海光源已运行线站累计为用户提供实验机时超过34万小时,执行通过专家评审的课题近13000个,用户遍布国内外。


这一数字是立项时完全没有想到的,据时任上海光源一期工程经理、上海应物所所长徐洪杰回忆,立项前需要汇报预计的最初用户数,他们给出了300这一“乐观估计”。


事实上,运行未满一年,上海光源就迎来了第1000位用户。“截至今年4月底,上海光源用户单位达518家,用户数达24684人 。”上海光源科学中心副主任邰仁忠介绍。


上海光源已集聚了我国相对稳定的高水平同步辐射用户群体,用户对上海光源的需求十分强劲,实验机时“供不应求”。“课题申请通过率约55%,机时仅能满足国内用户需求的1/4。”邰仁忠说。


上海光源目前已是我国用户最多的大科学装置和公共实验平台。


“上海光源开放以来,始终对标国际一流光源设施,改进装置性能、实验方法和关键技术,建立和完善制度,不断提升管理和服务水平,保障了上海光源的稳定运行和高效产出。”赵振堂介绍说。


2015年7月,中科院院长、党组书记白春礼调研上海光源时对其高效运行开放给予了高度评价。他指出,上海光源自开放运行以来,秉承高效运行,优质服务的理念,取得了一系列有显示度的成果。


产出成果丰硕 助力多个学科快速发展

上海光源开放前,中国科学家只能到欧美国家的第三代同步辐射装置上借“光”,难以大展身手。十年来,上海光源就像一台多用户的超级显微镜,也像一束为科学家照亮微观世界的“神奇之光”。


结构生物学家颜宁2014年利用上海光源成功破解了生命科学领域热门的“蛋白质之谜”——人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的结构及工作机理。


此前,她和学生要去日本光源收实验数据,除了蛋白质晶体样品运送是一大难题,实验机时申请还得排“国际长队”。有了“家门口”的大科学装置就方便多了,特别是在蛋白质结构研究冲刺期,上海光源提供了积极支持,为成果问世赢得了宝贵时间。


“在上海光源运行开放前,国内装置解析的蛋白质晶体结构只有99个,上海光源运行开放十年后,这一数字达到了3775个。”上海光源用户负责人何建华给出了这样一组数据。


有着相同感受的,还有上海睿智化学研究有限公司的科研人员。这家企业原本只能借助澳大利亚同步辐射光源,每次仅运输成本就高达1500至3000美金。“有了上海光源,我们的成本大大降低。”课题负责人刘敬贤说。


在上海光源助力之下,中科院物理研究所研究员丁洪团队发现了隐藏80多年的外尔费米子,中科院大连化学物理研究所包信和院士团队实现了甲烷的绿色、高效转化,中国疾病预防控制中心高福院士团队揭示出了禽流感、埃博拉等多种流行病毒感染机制……


在技术攻关和产业高新技术研发方面,亦有一张长长的成绩单:高性能纤维工艺改进已服务相关产业,高性能铜合金连铸凝固过程电磁调控技术已应用于京沪高铁接触线制造,基于上海光源实验数据研发的多种新药已进入临床试验……


目前已有60家企业利用上海光源进行技术和产品开发,涉及行业包括制药、能源、日化、技术鉴定等,均取得了良好的效果和效益。


高效用户成果产出的背后,凝聚着上海光源不断提高运行和服务水平、改进装置性能、发展同步辐射实验方法的努力。


十年来,上海光源开展了基于设施的加速器改进和同步辐射实验方法学及应用研究,实现了恒流运行、轨道快反馈、工作点反馈、注入模式和束团填充模式控制等;攻克了多种新型波荡器和数字化测控技术,发展了涵盖红外、软X射线、硬X射线波段的衍射、散射、谱学、成像等系列实验方法,以及多项原位实验技术。


二期加紧建设 期待持续产出重大成果

赵振堂表示,上海光源凝聚了我国相关领域几代科学家的心血,成绩来之不易,离不开中科院和上海市的坚强领导和有力组织,以及上海应物所近30年倾全所之力的拼搏和奉献,也离不开国内外科研单位的无私帮助和广大用户的支持。


“中科院在重大科技基础设施的建设、运行和四类机构改革等方面给予了上海光源全方位的强有力支持。上海应物所自上世纪90年代起就将上海光源的建设和发展作为全所工作的重中之重,正是全所上下在科研、管理、支撑和服务等方面的长期奋斗和努力,造就了今天的上海光源。”他说。


未来十年,上海光源光束线站将进入基本饱和状态,实现配套完整的实验手段和能力,才能支撑用户持续产出重大重要成果。


乘着上海建设具有全球影响力科创中心的东风,张江科学城核心区也迎来了建造大型科学装置集群的高潮,上海光源的未来蓝图也在徐徐展开。


上海光源线站工程(上海光源二期工程)于2016年11月正式开工建设,其中X射线通用谱学线站已完成安装和通光,将于今年投入运行。预计到2022年,上海光源将有约35条光束线和60个实验站投入运行。届时,上海光源年接待用户能力将超过上万人次。


上海光源还将与正在建设中的软X射线自由电子bv1946韦德装置、硬X射线自由电子bv1946韦德装置及超强超短bv1946韦德装置一起形成先进的光子科学研究中心。


“上海光源二期建成投入运行后,其支撑解决重大前沿科学问题和关键技术问题的能力将步入新台阶,也将是我国未来5~7年内最具竞争力的同步辐射光源。”上海光源二期工程科技委副主任陈森玉院士说。

《中国科学报》 (2019-05-13 第4版 综合)