■走近中國大科學工程

　　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于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。作為中國第一台專用同步輻射裝置，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、資訊科學技術等領域。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作，並在轉彎時放出同步輻射光，形成透視微觀世界的“利器”。

　　“同步輻射作為一种先進的光源，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。”陸亞林説。

　　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、運作及改進。

　　“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。”

　　説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説不完：“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台波蕩器和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作品質和裝置技術水準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，實驗室還利用低溫電漿體放電技術完成了對星際電漿體環境的模擬，並在醇類物質的電漿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……

　　“受到合肥光源儲存環聚焦結構、光源亮度和光子通量的先天限制，光源品質成為限制國家同步輻射實驗室繼續研究同步輻射應用技術，發展創新的、先進的同步輻射實驗方法的‘瓶頸’，也無法適應中國科學事業迅速發展需要，無法滿足國家科技發展的重大戰略需求。”陸亞林介紹説，“因此，自2010年起，在中科院和中國科學技術大學的共同支援下，國家同步輻射實驗室啟動了‘重大維修改造項目’工程。改造後的合肥光源已達到國際同類輻射裝置的先進水準，為基礎科學及應用科學提供最先進的研究平臺。”

　　令他感到欣慰的是，升級改造項目實施過程中，國家同步輻射實驗室工程建設隊伍堅持以自主創新為主，採用高水準的整合創新，艱苦拼搏，攻克了一個個技術難關，實現裝置的所有性能指標全面超越了設計值，並達到準三代光源的水準。“合肥光源重大維修改造項目主要建設目標是實現儲存環直線節數目增加到8個，束流發射度降低到40奈米弧度，直線加速器滿能量注入，首批完成從插入元件引出的5條光束線及實驗站的改造建設，從而提高合肥光源的整體性能，充分發揮合肥光源在真空紫外能區的優勢，推動我國在若干領域的科學研究達到國際領先或國際先進水準。”

　　“未來我們希望它能夠為安徽正在大力發展的新能源汽車、生物醫藥、新材料等戰略性新興産業提供科研支撐，進一步推動中科院合肥大科學中心的籌建工作。”陸亞林説。

　　神奇之光璀璨奪目

　　“我們看到的火焰裏面有成千上萬的化學反應，這些化學反應決定了火焰發熱的效率、污染物排放等，而發動機的性能等都與燃燒有關。”正在國家同步輻射實驗室燃燒實驗站做實驗的清華大學燃燒能源中心熱能工程系研究院楊斌博士告訴記者，“為了更好地了解燃燒的本質並控制它，我們要了解它整個過程中的各方面機理。這條同步輻射光束線可以將火焰電離，我們就可以對其進行分析和診斷，雖然對火焰的研究還有色譜和鐳射光譜等其他手段，每種方法都有它的好處和局限性，但在同步輻射實驗室裏我們可以對火焰的組分進行觀察，並做出一些定量的判斷，這是目前最好的手段。”楊斌説。楊斌的研究方向是生物質燃料——如何將秸稈、地溝油、廢棄物等再利用，讓生物質能源利用得更加充分。

　　如今，合肥光源的線站已全面升級，楊斌和他的三個學生已經在這裡進行了一個星期的實驗。為了了解火焰組分的各項指標，他們還會繼續在這裡待上一個星期。據陸亞林介紹，合肥光源吸引了來自國內外的研究者，光源長期可靠地穩定運作為廣大用戶提供了良好的實驗條件和手段。

　　“合肥光源的研究範圍很廣泛，如對超導材料之類的電子結構進行研究，可廣泛應用於材料、能源基礎、物質及生命科學，以及環境等領域。這其中不少研究，還跟市民的生活息息相關。”陸亞林説，“比方説大家都很熟悉的PM2.5。這種污染物是如何形成的很多人都不清楚，其中一個誘因是汽車尾氣通過紫外光的照射，並與之發生反應後形成PM2.5。在科大國家同步輻射實驗室裏剛好能夠使用這個波段的光來模擬PM2.5的産生過程，為研究空氣污染物提供最直接的方法。”

　　國家同步輻射實驗室還為國家重大基礎研究計劃（如奈米科技計劃、結構基因組研究計劃等）、“863”研究項目、國防建設急需的研究項目以及其他學科的創新性研究工作提供了一流的研究平臺；並充分發揮了合肥光源多學科交叉的特點，開拓同步輻射新的應用領域，促進原創性工作的開展，促進用戶取得具有國際影響的研究成果；還與産業建立合作關係，尋求産業建立自己的專用設備或生産基地。

　　“作為中國重要的同步輻射研究中心之一，合肥光源已成為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、人才培養基地及發展高新技術的創新基地，為國內外科學家提供性能優良的實驗研究平臺，未來我們會繼續發光。”陸亞林説。