合肥城市新地標—— 一隻觀察微觀世界的「慧眼」
2020-07-07 合肥市人民政府發布
光是認識物質和生命最基本的工具。走進中國科學技術大學國家同步輻射實驗室，站在合肥先進光源規劃設計圖前，可以看到整個園區宛如一隻觀察微觀世界的「眼睛」，透過這隻令人驚嘆的「慧眼」，科學家將能看清物質結構和生命活動，開啟人類文明的新徵程。
總體方案通過專家論證、園區規劃完成方案設計、多項預研關鍵技術取得突破……新冠肺炎疫情發生以來，合肥先進光源預研和準備的腳步並未停歇。作為最先進的第四代低能區同步輻射光源和合肥綜合性國家科學中心「旗艦」級重大科技基礎設施，合肥先進光源將助力合肥成為世界級光子科學與應用研究中心。
合肥先進光源效果圖
構築人才集聚的「新高地」
「建一個四代光源，就像建一架C919大飛機一樣，它涉及上千萬個零部件，不是簡單地組裝，而是一個非常大的系統工程，必須要有強大的人才團隊和多年的技術積累。」國家同步輻射實驗室主任封東來坦言，現在世界上有十多個國家在規劃建設四代光源，但建先進光源需要幾十個方向的人才，而且一環扣一環，任何一環都不能有缺口。
中國科大國家同步輻射實驗室
矗立於中國科大西區的國家同步輻射實驗室，是新中國第一個國家級實驗室，也是中國同步輻射光源的發源地。1983年4月，國家同步輻射實驗室成立；6年之後的1989年4月，「合肥光源」發出第一束「神奇之光」，「合肥同步輻射加速器及光束線實驗站」也因此獲得1992年中科院科技進步獎特等獎和1995年國家科技進步獎一等獎。20世紀90年代以來，「合肥光源」在長期運行開放中，解決了先進功能材料、能源與環境、生命科學等領域一系列重要科學問題，在《科學》《自然》等國際著名學術期刊上發表一系列重要成果，並在航空發動機燃燒、煤化工能源轉化、先進薄膜材料、大光柵技術和標準探測器定標與傳遞等領域做出了諸多開創性的研究工作。
30多年來，國家同步輻射實驗室以合肥光源為核心，建立了基於大科學裝置平臺的複合型人才培養模式，為我國乃至世界大裝置界培養了大量高端人才，成為全國光源人才集聚的「強磁場」。但作為二代光源的「合肥光源」，當前性能雖已發揮到極致，但仍不足以支撐用戶的更高需求，且僅能滿足申請用戶機時總數15%的使用需求。
「目前，我們擁有一支近200人具有多期國家重大科學工程建設經歷、擁有原創性技術研發和完整工程管理體系、經驗豐富的專職工程技術隊伍，具備從自主開發、物理設計到加工研製、安裝調試全流程完整的同步輻射裝置建設能力。」封東來介紹，「合肥光源」多年來建立和鍛鍊了一支活躍的科研隊伍，他們在發展相關實驗技術等方面有著不可替代的作用，且學校每年還為實驗室提供了源源不斷的人才。
「合肥先進光源建成後，必將會吸引更多的頂尖人才加入。」封東來說，作為一個開放的綜合交叉研究平臺，合肥先進光源將面向全球多個學科領域和產業界，為科學「大咖」們服務，為產業界解決痛點，也將促進國家同步輻射實驗室科研團隊及周邊科研機構與產業研發部門的同步成長。
發揮「1+1>2」的協同效應
今年全國兩會期間，省長李國英專門提出「將合肥先進光源等納入國家規劃」的建議，並得到了國家發改委的積極回應。
「合肥是中國專用同步輻射的發源地，由原光源負責在原址或附近升級、新建，是世界光源發展的首選模式。」封東來介紹。合肥是全國除北京之外大科學裝置最密集的地區，目前已建成同步輻射、全超導託卡馬克和穩態強磁場3個大科學裝置，正在推進合肥先進光源、大氣環境立體探測實驗研究設施等多個「大國重器」的立項建設，這些大科學裝置的集聚必將產生「1+1>2」的協同效應，助力合肥成為具有世界影響力的國家綜合性科學中心。
全超導託卡馬克核聚變實驗裝置
早在7年前，《國家重大科技基礎設施建設中長期規劃》就明確提出「逐步形成布局合理的國家光源體系，適時啟動高性能低能量同步輻射光源建設」。目前，已經投入使用的「上海光源」是三代中能光源，正在建設的「北京光源」屬於四代高能光源。瞄準四代低能區光源的合肥先進光源啟動建設，將實現我國先進同步輻射光源的全能區覆蓋。
合肥先進光源建設，得到了中科院和安徽省和合肥市「真金白銀」支持。3年前，中科院和安徽省聯合印發《合肥綜合性國家科學中心實施方案（2017-2020年）》，將合肥先進光源列為合肥綜合性國家科學中心的核心建設項目，給予全面支持。同時，更是投資3.56億元聯合啟動了合肥先進光源預研項目，並承諾對光源建設提供資金配套支持。
「合肥先進光源與穩態強磁場、全超導託卡馬克等形成大科學裝置集群，會全面提升合肥綜合性國家科學中心在諸多前沿研究領域的突破能力。同時，聯合上海光源、高重頻硬X射線自由電子雷射、華東高校和科研院所等機構，將會形成長三角光子科學研究和應用走廊，助推長三角區域一體化的國家戰略。」國家同步輻射實驗室黨委書記、副主任李良彬說。
中科院量子信息與量子科技創新研究院效果圖
「1+1>2」的協同效應，將會在多個領域顯現。中科院量子信息與量子科技創新研究院項目，是安徽省科技創新「一號工程」。「合肥先進光源對超導材料、拓撲材料等量子計算研究，將具有重要的支撐作用。」封東來透露，諸多大科學裝置在合肥綜合性國家科學中心的集聚以及由此帶來的人才優勢，將促進裝置建設、運行、技術研發與科學研究的有機結合，大幅度提高科技支撐服務能力。
打造城市發展的「新地標」
同步輻射是探索微觀世界的「眼睛」，每引出一束同步輻射光，就可照亮一個學科領域。以接近光速運動的高能電子，在磁場中轉彎時，沿軌道切線方向被「甩」出去的軔致輻射，就是同步輻射光。「四代光源在亮度和相干性方面有了巨大提升，可以更清楚地看清微觀世界，用途非常廣泛。比如，位於低能區的合肥先進光源可以以納米級的高分辨直接觀測複雜的不均勻體系中的電子、自旋和化學狀態和輕元素體系的結構，有望揭開高溫超導電性的秘密，幫助人們研發更安全、更高容量的動力電池和更高性能的催化劑，甚至幫助揭開困擾人們多年阿茲海默症的病理。」封東來說，四代光源把X射線對各學科研究的支撐能力提升到一個前所未有的高度，已成為各國搶佔世界科技前沿的「利器」。
合肥先進光源效果圖
合肥先進光源定位於低能區、國際先進水平的衍射極限儲存環形光源，具有全新視角的分析和測量能力，能夠為新型功能材料、能源、環境、物質與生命交叉等學科及產業提供先進的實驗研究平臺。「合肥先進光源採用國際最先進的加速器技術，建成後將成為亞洲唯一的四代低能區光源。」李良彬說，合肥先進光源產生的極高亮度、高度相干的變革性X射線源，將助力國家科技戰略布局，推動多學科集聚、頂尖科學家集聚、一流創新群體集聚、高新產業研發集聚。「我們正在探索『先進光源+政校企聯合研發』科創產業融合新模式，推動我省新型顯示、新能源、晶片等產業集群向知識集群跨越，打通創新鏈-產業鏈-價值鏈，助推安徽省「芯屏器合」製造業戰略，為前沿科技、國民經濟主戰場和國家需求服務。」
「早在2017年，我們就已啟動了項目預研。」封東來說。合肥先進光源預研項目針對儲存環磁鐵技術、加速器控制技術等17項關鍵技術進行攻關，目前已取得階段性成果，總體方案也在近期通過專家論證。以詹文龍院士為組長的專家組對合肥先進光源的總體方案予以高度肯定，認為總體建設方案先進可行，建議加快立項和建設。在比較了合肥先進光源的結構設計與英國Diamond光源的升級設計後，歐洲ESRF同步輻射光源升級工程顧問Dieter Einfeld曾坦言：合肥先進光源所採用的結構非常好，在相同能量和周期數下更能降低束流發射度。
「我們希望合肥先進光源建成後，不僅成為科學探索的『新利器』，在電子尺度上揭開更多微觀世界的秘密，植深扎牢我國戰略性新興產業的科技之根，而且成為合肥城市的『新地標』，助力合肥躋身現代高端科學研究的聖地。」封東來表示。
（文字來源：安徽日報）
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