合肥光源:中國人自己的先進光源

2020-12-06 OFweek維科網

  在中國科學技術大學西校區內,矗立著我國第一個國家級實驗室——國家同步輻射實驗室,行人經過學校臨近合作化路高架橋的大門時都可以看到它的身影。我國以真空紫外和軟X射線為主的專用同步輻射光源就坐落於此,熟悉這裡的科研人員都親切地稱它為「合肥光源」。

  國家同步輻射實驗室於1983年經國家計委批准立項,由中國科學技術大學籌備並建設。作為中國第一臺專用同步輻射裝置,早在1989年4月,合肥光源就發出了第一束「神奇之光」。二十多年來,這個以同步輻射應用和同步輻射光源研究為主的知識創新基地在中國科學技術大學持續發光發熱,為科技人員照亮未知的微觀世界。

  同步輻射實驗室主任陸亞林教授告訴科技日報記者:「光是無處不在的,它也是人類觀察及研究大自然最重要的工具。與常規光源相比,同步輻射有許多突出的優點。它的亮度很高,頻譜寬闊、連續、平滑,利用單色器可從中選取所需的任何波長的光,被廣泛應用於物理、化學、醫學、材料科學、生命科學、環境科學、能源科學、信息科學技術等領域。合肥光源的真空紫外波段可用於許多研究,例如讓人們認識超導等先進材料以及蛋白質的性質和功能;X射線波段可用於蛋白質、凝聚態物質的晶體結構研究。」陸亞林告訴記者,「隨著科技成果的轉化,一些同步輻射技術已逐漸改變著人們的生活。」

  中國人自己的先進光源

  在合肥光源周長66米的電子儲存環內,電子束被加速到所需能量,以接近光的速度在閉合環形的真空室中運行,並在轉彎時放出同步輻射光,形成透視微觀世界的「利器」。

  「同步輻射作為一種先進的光源,在國家安全、能源、工程材料實時研究等方面發揮著關鍵的平臺支撐作用。」陸亞林說。

  20世紀70年代末,中國科學技術大學在國內率先提出建設電子同步輻射加速器。1977年,在一批老科學家的積極推動下,同步輻射裝置的建造列入全國科學技術發展規劃。1978年春,中科院決定成立以中國科學技術大學為主的同步輻射加速器籌備組,並於當年3月在合肥召開了第一次籌備會,討論我國建造電子同步輻射加速器的初步方案,這標誌著我國同步輻射事業的正式啟動。

  自那時起,中國科學技術大學研究員劉祖平就積極參與了國家同步輻射實驗室一期工程建設。作為加速器物理工作者,劉祖平全程參與了光源的設計、製造、安裝、調試、運行及改進。

  「早在1977年國家科學大會上,科學家就首次提出在我國建設同步輻射光源的設想。」劉祖平告訴記者,「那個時候國家沒有錢,要做的事很多,但仍然在這項基礎科學上大刀闊斧地投入。現在回頭看,是十分不易的。而中科院也打破常規,將這一艱巨的任務交給中國科學技術大學,也成就了我國最早的一個依託高校的大科學裝置。」

  說起合肥光源人克服困難、大膽創新的故事,劉祖平覺得真是三天三夜也說不完:「建設之初,世界上同步輻射光源中插入元件剛剛開始使用,合肥光源人注意到了這一趨勢,設計了可放置插入元件的長直線節。合肥光源在儲存環的12塊彎轉磁鐵都可引出特徵波長為24埃的同步輻射光,還有3個直線節可安裝插入元件並引出具有其他特徵波長的光,為裝置今後的發展預留了空間。」

  改造升級再放異彩

  隨著科學技術的發展和用戶對光源需求的提高,合肥光源人強烈感受到,原有線站的發射度、亮度等指標已難以滿足迅速發展的科研要求。「增加光束線站、改進和提高光源性能勢在必行」。

  1997年原國家計委批准了「國家同步輻射實驗室二期工程」的立項,總投資1.18億元人民幣,在原有裝置的基礎上改造關鍵系統,增建1臺波蕩器和8條光束線及相應的實驗站。

  作為二期工程的項目經理兼總工程師,劉祖平告訴記者:「改造後的合肥光源運行質量和裝置技術水平比改造前大幅度提高。」

  此後,合肥光源取得了一系列令人矚目的成績——2005年,齊飛教授帶領的研究組與美國、德國的科學家合作,首次在實驗中發現了一系列的碳氫化合物氧化過程的重要中間體——烯醇,其研究成果以Science Express形式發表在當年5月12日出版的國際權威學術刊物《科學》雜誌上。2007年,我國首顆探月衛星「嫦娥一號」成功發射,並傳回首張月面圖像,我國也從此邁入了具有深空探測能力的國家行列。而鮮為人知的是,「嫦娥一號」首次飛行任務攜帶的太陽風離子探測器,其正機實驗標定和測試,就是在合肥光源上完成的;2008年,實驗室還利用低溫等離子體放電技術完成了對星際等離子體環境的模擬,並在醇類物質的等離子體放電過程中探測到一系列的烯醇類物質,揭示了烯醇類物質作為一類重要星際物質的可能性,這一實驗結果發表在天文學科頂級期刊《天體物理學雜誌》上……

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