超級“顯微鏡” 借你“慧眼”看世界 今年年中有望正式開建

我國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，為基礎科學和工程科學等領域的原創性、突破性創新研究提供重要支撐平臺。

北京玉泉路，中科院高能物理研究所內，一個“龐然大物”靜靜俯臥著——這就是我國第一代同步輻射光源裝置，曾為抗擊“非典”等科學研究立下汗馬功勞：2003年，我國科學家利用同步輻射光成功測定了SARS病毒主蛋白酶的結構，為抗病毒藥物研制提供了重要信息。如今，這個“龐然大物”已有些“老態龍鐘”。

可喜的是，我國第四代同步輻射光源——高能同步輻射光源核心技術日前完成驗證，今年年中有望正式開建。

“高能同步輻射光源的驗證裝置總體性能達到同類設備國際先進水平，部分技術填補了國內空白，具備了建設高能同步輻射光源的能力。”驗收現場，由中科院院士陳佳洱擔任驗收主任的委員會給出這樣的評價。

按照業界劃分，5—8GeV(1GeV=10億電子伏特，能量越大，分辨率越高)屬于高能區，目前世界上已有3個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、歐洲擁有。

根據計劃，高能同步輻射光源建成后，將擁有世界最高光譜亮度，高于目前世界上現有、正在或即將建設的光源，預計耗資48億元。

這個不惜斥巨資打造的國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比方：超級顯微鏡。

由于分辨率的限制，普通光學顯微鏡下看到的物質微小結構往往是一個模糊的光斑，科學家無法從分子層面研究活細胞。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行，只能用來觀測固體標本，不能用于活體觀測。

“魚”和“熊掌”能否兼得?同步輻射光源裝置的出現，讓科學家們看到了希望，但是否擁有足夠的亮度是個重要指標。“這就好比打個手電筒看東西，手電筒越亮，自然看得越清楚。”張闖向經濟日報記者解釋道。

為制造能量更高、亮度更強的光，人類發明了可產生這種光的大工具——同步輻射光源。

為了獲得更高的分辨率、看得更細，我國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。這兩個處于低、中能量區的大實驗裝置由于所處能量區的限制，雖然能夠“看見”所觀察物質的分子結構，但是依然不能捕捉其變化過程，特別是在真實狀態下物質結構的變化過程。

“有了高能同步輻射光源，科學家們就可以根據實際應用或研究需要，生產出亮度更高的X光，借助這雙‘火眼金睛’，科學家們不僅可以清晰地看到物質的分子結構，還可以進一步觀察其運動狀態。”張闖告訴記者。

除了開展科學研究，科研人員還可以利用高能同步輻射光源，進一步探測分析飛機發動機材料在工作狀態下的結構，為相關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成為診斷精密部件內部缺陷的主力。

“圍繞新一代同步輻射光源的核心裝置，如高能加速器、光束線和實驗站等多個關鍵技術難點進行攻關，成效顯著。”中科院高能物理研究所研究員秦慶介紹，探測器是所有同步輻射實驗最核心的部件，每種實驗都對探測器提出特殊的要求，如何得到優化的高性能探測器對保證實驗質量和提高實驗效率具有十分重要的意義。

秦慶告訴記者，目前國際上提供常規先進探測器的廠家僅有幾家，價格昂貴，而且無法根據實驗需求進行專門設計生產，售后服務存在困難。同時，一些實驗室研發的探測器主要針對一些特定的實驗，難以推廣普及。

據介紹，研究團隊針對北京高能同步輻射光源的實際需求和未來同步輻射探測器發展趨勢，研制了可同時滿足空間分辨、能量分辨、大的動態范圍以及快速讀出時間等需求的二維像素陣列X射線探測器樣機，為未來北京高能同步輻射光源開展各種高質量實驗提供了重要工具和手段。

“高能同步輻射光源建成后，將為基礎科學和工程科學等領域的原創性、突破性創新研究提供重要支撐平臺。”秦慶表示。