大科學裝置，指的是國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，是我國實現(xiàn)諸多重大科技成果突破和建設(shè)科技強國的“利器”。比如大家熟悉的射電望遠鏡——中國天眼FAST。五一期間，我國不少大科學裝置仍在施工中，科學家和建設(shè)者加班加點，保障工程順利進行。這幾天，我們將走進這些“國之重器”的工程現(xiàn)場，了解它們的重要作用。今天第一站，我們先走進北京懷柔科學城。
高能同步輻射光源主體工程初具規(guī)模
在懷柔科學城，大科學裝置——高能同步輻射光源正在建設(shè)中。經(jīng)過四年建設(shè)，工程主體已經(jīng)初具規(guī)模。從空中俯瞰，高能同步輻射光源由三棟主體建筑構(gòu)成，整體建筑外形好像一個放大鏡，用以“探測微觀世界”。從畫面不難看出，綜合實驗樓和用戶服務樓構(gòu)成了“放大鏡”的“手柄”，而最大的圓環(huán)狀建筑則是光源裝置區(qū)域，也是核心建筑，它是“放大鏡”的“鏡框”。聽說建成后，這里能產(chǎn)生地球上“最亮的光”。
“最亮的光”比太陽亮度高1萬億倍如果把高能同步輻射光源比作一個放大鏡，我所在的位置就是最為核心的“鏡框”部分。因為加速器裝置還在建設(shè)調(diào)試，所以我們能夠近距離地來一探究竟。到2025年，高能同步輻射光源建成運行后，將會產(chǎn)生世界上“最亮的同步輻射光”，它的亮度比太陽亮度高1萬億倍，可以照亮微觀世界，將成為科學家探測微觀世界的國之重器。
加速電子生產(chǎn)光照亮微觀世界
最亮的光究竟是如何產(chǎn)生的呢？在展板上有個原理圖，基本的原理就是加速電子、生產(chǎn)光。在直線加速器部分，高壓電子槍出來的電子能量加速到0.5個GeV，然后在增強器從0.5個GeV加速到6個GeV，也就是6000兆電子伏，最后電子再進入到外面大的儲存環(huán)中，電子在這里接近光速的速度奔跑中，會沿著切線方向產(chǎn)生一束束非常關(guān)鍵的同步輻射光，用于我們的科學研究。
其實同步輻射光也比較好理解，因為在我們的日常生活中，有一個非常類似的場景，就好像下雨時，很多人有過這樣的經(jīng)歷，如果我們轉(zhuǎn)動雨傘，沿著雨傘邊緣的切線方向會飛出一簇簇水珠，就好像是甩出去的一束束光。這些X射線光束發(fā)光的角度非常小，光子非常集中，所以照亮探測微觀世界的能力非常強。
看起來貌似簡單，但是要讓看不見、以接近光速的速度奔跑的電子按照預定計劃的軌道運行，其實難度非常之大。比如增強器部分，電子就是在中間的真空管道中一邊奔跑一邊增強能量。在這個過程中我們看到周邊的這些設(shè)備就是磁鐵，有二極鐵、四極鐵、六極鐵，它們南極北極的個數(shù)不一樣，對電子約束的效果也不一樣，可以一起來調(diào)整電子奔跑的方向、角度，通過極其精細地調(diào)控讓近光速奔跑的電子按照需要的軌道來運行。
直線加速器電子束達到設(shè)計指標
經(jīng)過四年建設(shè)，高能同步輻射光源不僅僅是整體工程主體已經(jīng)基本建成，今年3月直線加速器滿能量出束，成功加速第一束電子束。科研團隊告訴記者，經(jīng)過一個多月調(diào)試之后，目前直線加速器電子束是已經(jīng)達到了設(shè)計指標。增強器部分這些設(shè)備也已經(jīng)完成安裝和初步調(diào)試，下一階段將和直線加速器進行聯(lián)調(diào)，要將電子束能量增強到6000兆電子伏，這也是非常非常關(guān)鍵的一步。
2025年，這一國之重器建成之后，最亮的同步輻射光將為我們探測微觀世界帶來哪些改變呢？讓我們一起期待。
高能同步輻射光源 未來應用前景廣闊
正在建設(shè)中的高能同步輻射光源，是我國第四代同步加速器光源。記者說，它們的演變就像黑白電視圖像到彩電、LED，再到4K高清。那么未來的地表最強光，都能應用在哪些領(lǐng)域呢？
高能同步輻射光源是一種提供高性能X射線的大科學裝置，核心構(gòu)成包括加速器、光束線、實驗站等，具有發(fā)射度低、亮度高、能量高、穿透能力超強、分辨率高等特點，發(fā)射的同步光基本覆蓋紅外光、可見光、真空紫外、X射線等波段。
高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛(wèi)民：通過我們高能同步輻射光源，可以看到這個納米級的物質(zhì)的變化，同時可以實時地、原位地跟蹤這個變化。對物質(zhì)的一些調(diào)控、物質(zhì)的生成，還有它制造當中的一些應力的變化，可以進行深入的研究，這樣對新材料和我們一些高檔的材料，比如說航空材料的制備、服役以及它的應力的分析大有幫助。
目前我國已完成四代同步輻射光源的布局，其中第一代同步輻射光源是北京正負電子對撞機上寄生的北京同步輻射裝置，第二代同步輻射光源位于合肥，第三代同步輻射光源位于上海，第四代則是正在懷柔建設(shè)的高能同步輻射光源，它側(cè)重于物質(zhì)微結(jié)構(gòu)及其演化的研究，未來將逐步應用到航空航天、能源環(huán)境、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。從第一代到第四代同步輻射光源的發(fā)展，就像從黑白電視、彩電、LED到4K高清的演變。
高能同步輻射光源工程總指揮 潘衛(wèi)民：這也是世界上最亮的光源之一，相當于我們的手電筒，剛開始是散光的，照不到很遠，照得很模糊，后來發(fā)展到手電筒是非常強光的，非常亮，照得很遠，同時物體看得清楚。我們可以對一個微觀物質(zhì)進行實時、原位、多維度表征探測。在能源、生命科學、醫(yī)藥衛(wèi)生、石油化工、物質(zhì)材料的新材料的開發(fā)方面都有很多應用。（總臺央視記者 帥俊全 鄭瑋瑋）
