“光源”不够用了？一台装置几十亿元，上海江苏浙江安徽抢着建

上海光源基本仅能满足1/4的机时申请，尽管这已是世界上最繁忙的大科学装置，几乎昼夜不停运转，每年开机时间长达7000个小时，其中实验供光约为5500小时。

“光源”是大科学装置“同步辐射光源”的简称，被誉为“前沿科研的眼睛”。“发光”是光源的主责主业，从这里产生的X射线亮度是普通X光机的几十亿倍。这就像一台“超级显微镜”，让微观世界“纤毫毕现”。

一位光源用户感慨，同步辐射光对几乎所有自然科学学科都有促进作用，很少有大科学装置应用范围如此广泛。正因如此，光源常常“忙不过来”。

长三角是同步辐射装置资源相对丰富的区域：上海光源是中国大陆第一台第三代同步辐射光源，合肥同步辐射光源是我国第一台自主建设的专用同步辐射装置，合肥先进光源作为亚洲唯一低能量区第四代同步辐射光源正在加紧建设中。

同时，为进一步扩大供给，长三角地方政府、高校、产业等与国家同步辐射实验室创新合作模式，开展共建线站的探索：苏州大学投入1200万元与合肥光源共建线站，35%机时自用，65%开放共享；金华与浙江师范大学共建浙江光电子研究院，拿出2000万元，在合肥光源建设金华线站，着重服务企业用户；中国石化将上海光源能源化工科学实验室落户上海张江，并委托上海光源建设三条光束线站。在苏州、金华等地，更多同步辐射装置建设也已提上日程。

跨域协同提升大科学装置的供给效率，长三角正携手破题。

航拍镜头下的上海同步辐射光源外景。本报记者 赖鑫琳 摄

需求旺盛，机时紧张

“我们人身上的毛发，长得较粗的，自然光下便能看到；非常细的，医生要打个探照灯才能观察。”中科大国家同步辐射实验室研究院叶逸凡解释同步辐射光的作用，“光的亮度越高，能看到的东西越多。”

“古代锻造一把刀，想要刀更锋利，就要边打边看，打一下，看它弯曲的弧度对不对，再慢慢调整，直到刀刃呈现出最好的状态。”合肥光源金华线站负责人焦学琛说，利用同步辐射装置做实验，便等同于这个“看”的过程。

对于大多数自然科学领域的研究来说，同步辐射装置都是一种“好用”的实验工具，其价值在科研领域已经得到公认，需求越发旺盛。

不过，光源机时供给却是相对一定的。已经投入运行的几个同步辐射装置容量都已接近饱和。“实验站不能无限增加。”中国科学技术大学国家同步辐射实验室研究员储旺盛说，光源建设完成后，能容纳多少个实验站已经决定了。

如此一来，同步辐射装置长期处于供不应求的状态，机时竞争自然激烈。

光源免费向科研用户开放，采用申请制，用户要提交申请报告，由各领域专家组成的用户委员会进行评审。评审标准涉及多个方面，包括课题的重要性、设备使用的必要性、实验方案的可行性、产出成果的价值、申请机时的合理性等，专家综合考虑后给出评分。

准备稍显不足的科研工作者便会被筛选出来，无法获取光源机时；或者原本需要进行更长时间的实验，只能争取到一两天。

也有企业用户对光源提出机时申请，不过难度更大，尤其对于初创的小企业而言。对于提交的申请，评审原则上要求研究成果具有普适性或公益性，企业用途和实验成果大部分需要公开。毕竟，大科学装置由国家出资建设和维护，若企业的实验只为自身谋利，恐怕与装置建设初衷相悖。对于企业而言，大多数时候，同步辐射装置“可望不可即”。

在合肥光源，科研人员正开展试验。巩持平摄

同步辐射装置在我国发展历史不长，发展的步子迈得很快，光源的用户培养经历了一个极速上升的过程。

10多年前，由于与正负电子对撞机“一机两用”，北京一代光源大部分时间都在做高能物理领域的对撞实验，服务基础研究，拓展人类认知，每年只有3个月对外开放，可用机时较少。而合肥同步辐射装置二代光源设置在中科大校园里，规模同样受限。

当时这些同步辐射装置甚至不敢大肆对外宣传，唯恐怕无法满足科研工作者们的需求。国内相应设备缺乏，很多中国科学家不得不到欧美国家的装置上去“借光”做实验。

2009年或许可以称得上是“分水岭”。那一年，上海同步辐射装置开始运行，规模更大，线站更多，全年对外开放，可用机时更充足。某国际顶级科学期刊专门发表论文称，第三代光源建成后，中国正式踏入同步辐射的世界俱乐部。而后几年，北京一代光源和合肥二代光源经过改进和升级，性能大幅提升。

同步辐射装置的发展与我国科研实力的提升同步，互相配合，彼此成就。2010年以前，国内学者每年能在国际顶刊上发表的论文数量非常少，任何一篇都能成为学术界大新闻，现在，每年几百篇顶刊大作已是稀松平常。从事科研工作的人才数量也迅速攀升，仅说每年毕业的博士生数量，便翻了好几倍。

“同步辐射是非常先进的工具，要跟国际科学家同台竞技，一个拿得出手的工具非常重要。”苏州大学纳米科学技术学院教授钟俊说。2010年之后，同步辐射装置的用户数量呈“指数级”“爆炸式”增长，钟俊比画出一条几乎垂直上升的曲线。

尤其近几年，产业发展对于同步辐射装置的需求逐渐涌现。国内一些产业领域率先爆发，比如新能源汽车，产品设计、产业链搭建等都是国内原创，国外也找不到更先进的技术，若想实现迭代升级，唯有研发一条路。比如，宁德时代专门组建团队，面向市场应用攻关基础科学问题，对光源等大科学装置的需求自然产生。

此外，要在关键领域实现突破，破解“卡脖子”难题，同步辐射装置同样不可或缺。储旺盛举例：“芯片的生产过程中，需要一种电子气，纯度要达到10的-9次方，通常国内只能实现10的-6次方，差了三个量级，这种原材料长期依赖进口。纯度要求太高，实验室的传统手段都难以检测出来，需借助同步辐射这种高端仪器。”

“人们佩戴的眼镜镜片有一层光学膜，往往进口的镜片更贵，国产化造不出相同等级的光学膜。大家每天都会使用的手机屏幕，其中的某一层光学膜国内只能做中端，做不了高端产品。”焦学琛介绍，国内不少企业都在相关领域尝试突破，这项技术的关键之一在于“均匀”，但由于光学膜是透明的，肉眼无法看清，只有借助同步辐射装置才能找到不均匀的原因，从而有的放矢完善工艺。

可以预见的是，随着我国科研水平不断提升，产业实力逐渐加强，在更大范围内参与国际竞争，对同步辐射等大科学装置的需求将愈发强烈。目前，北京高能光源与合肥先进光源正在建设中，无论在强度还是亮度上，四代光源几乎达到衍射极限。

2024年5月15日，科研人员在上海光源光学检测实验室内工作。 新华社记者 方喆 摄

线站共建，机制创新

光源机时是宝贵却短缺的资源。但国外已有前车之鉴，同步辐射装置吸引不了足够用户，线站无奈关停。

在同步辐射装置内，有一个环形的通道，里面存储了通过加速器而产生的“优质的光”，而光束线站，就是把光束传输、调节和优化后，引导进入实验站通道。通过光束线站，这些“优质的光”可以被科研人员用于做各种各样的实验。

不同线站都有对应的细分领域，有做电池的，有搞能源催化的，有关注纯物理的，也有适用于环境研究的，不同领域线站设计不同，发出的X射线也不尽相同。如果特定范围内用户数量不够，线站会面临“用不上”的窘境。

正因如此，无论上海光源还是合肥光源，都秉持开放的态度，欢迎各方共建。一方面，线站造价高昂，每增加一条线站一次性投入几千万元，共建能够保证资金来源，缓解经费压力。另一方面，领域内已有共识，愿意出钱说明是真需求，基于市场调研和需求征集的共建，能够保证足够的用户储备。

早在2012年，中国科学院院士、苏州大学教授李述汤便意识到了同步辐射在未来研究中的重要性，在他的推动下，苏州大学-西安大略大学同步辐射联合研究中心正式揭牌，并依托国家在能源领域的战略规划，向合肥光源提出共建线站的设想。

消息一出，在学界引发不小的震动，当时，还未有高校投入经费建设线站的先例，苏州大学迈出了第一步。

直到2020年，苏州大学与合肥光源共建的线站才开放使用，钟俊成为项目负责人之一。作为“第一个吃螃蟹的”，中间经历了很多复杂过程，需要各方反复协商。“光源是中国科学院的，苏大又是高校，两边体制不兼容，很多路径需要共同探索。”苏州大学功能纳米与软物质研究院副院长张亮说。

虽然前方阻碍重重，“过关斩将”的需求却很强烈。“真实环境下的研究才能反映材料的真实状态，要观察能源催化反应在常压工作条件下的状态，需要用到先进的同步辐射方法学。”钟俊说，当时，国内进行相关原位实验尚有较大难度。苏州大学-中国科学技术大学国家同步辐射实验室共建软X射线能源材料原位分析线站，一定程度上填补了空白。

35%是自留机时，供苏州大学内部分配，65%开放给全国高校申请。线站建成后，以前部分只能仓促结束的实验，现在可以用更长的时间系统化完成；学科建设成效显著，基于该线站的研究在国际顶刊发文章超过240篇。

科研人员在苏州大学-中国科学技术大学国家同步辐射实验室共建软X射线能源材料原位分析线站上工作。受访者供图

苏州大学的经验积累下来，也给了后来者信心。10年后，金华科技部门提出与合肥光源共建线站。2022年底，项目立项。2023年元旦前，资金到位。这次，仅用了20个月，金华线站便建设完成，这是我国第一条软X射线共振散射线站、国际独有的超大型薄膜加工原位装置。

金华线站意在服务于产业发展。相关知情人士告诉记者：“以前，科学大装置由国家投钱，服务个别、零星的大企业，并不成规模。浙江有很多创新企业，要得到大装置支持比较困难，金华想在合肥先建一个线站试一试。”

不过，线站建成后，企业需求并未如预期那般汹涌而至。毕竟，组建专门研发团队，大力投入原创科研的企业是极少数，大部分企业对于同步辐射装置的功能还没能形成清晰认识，更别提充分利用。这中间需要专业机构进行协调。

金华率先尝试。2022年夏天，金华市人民政府与浙江师范大学共建浙江光电子研究院。线站投入运营以后，焦学琛便从合肥光源的研究员化身金华线站的“金牌销售”，负责拓展用户，引导有需求的企业使用线站，与企业签订合作协议，解决相关需求，收取线站使用的机时费用和中介服务费，金华本地企业能够享受一定优惠政策。

焦学琛认为，合肥光源金华线站能够为企业提供量化的结构分析，能加强企业的核心技术，同时，能够给企业带来一个可供讲述的、科学性的故事。解释清楚企业痛点的来源，才是企业愿意拥抱这项技术服务的根源。

金华线站目前接待企业用户课题10余项。开拓市场并不容易，甚至要吃闭门羹，不过焦学琛仍然干得起劲，“更多的机时开放给企业，实现机构自身造血，服务产业链提质升级，这是我们必须要做的一件事”。

另外，光源与产业直接联手也有尝试。2021年，中国石化上海光源能源化工科学实验室落户上海张江，项目由“三条光束线站”和“辅助实验室”构成，投资规模4亿元。这标志着同步辐射装置与工业用户合作开了先河。项目建成后将为中国石化以及公共用户的基础科学研究提供技术支持和服务。

目前，在建的合肥先进光源等热切期待更加广泛与开放的合作，尤其在长三角，地方实力强、高校数量多、产业基础好，更多样的合作机制等待发现与探索，也充满创新的可能性。

苏州大学-中国科学技术大学国家同步辐射实验室共建软X射线能源材料原位分析线站。受访者供图

光源跨域，资源同享

在长三角，未来，关于光源的跨域合作有更加广阔的想象空间——除了已经投入运行的合肥光源、上海光源，已经开工建设的合肥先进光源，江苏苏州和浙江金华可能会再建同步辐射装置。

2020年，金华便启动浙江产业光源建设专班。浙江光电子研究院成立以后，团队深入长三角地区和浙江省域的103家行业头部企业和高校院所开展6轮光源需求调研，形成数据报告，支撑产业光源的设计和可研报告编制。浙江（金华）产业光源目前已进入产业光源选址、地块研究和概念性方案设计阶段。

2022年，苏州实验室获批成立。2023年9月，苏州实验室总部基地开工，规划有大科学装置区域，光源束线站设计、同步辐射X射线应用的相关科研人才在同步招聘中。

显然，金华、苏州等地不满足于共建线站，都盼望“家门口”有个光源。一位科技领域的政府官员判断，光源可能是性价比最高的大科学装置之一。这笔账应该怎么算？

现行模式下，同步辐射等大科学装置建设几乎完全由财政拨款，并且造价高昂。以合肥先进光源为例，2023年6月开工，总投资约为27亿元，中央预算内投资近8亿元，中国科大自筹1亿元，安徽省建设资金拨付超过18亿元。根据已建成的光源项目运营经验，运行过程中的电力消耗、设备维护等，每年运营费用约为建设投入的十分之一。

再来计算回报。光源及其周边，将吸引一批高水平科研人才。钟俊的选择便是很好的例子。他原本在北京工作，2010年入职苏州大学，正是听说学校将与合肥光源共建线站，并且苏州与上海距离很近，方便他到上海光源开展工作。“我擅长的领域与同步辐射相关，如果没有相关条件，研究没办法开展。”

光源在当地落成后，像钟俊这样的人才会聚集过来。而同步辐射装置是顶级的科研利器，在国防军工、新材料、新能源、生物医药，甚至考古发现等领域都有广泛应用，相当数量的科研人员会“趋光”而来。全国相对顶尖的一批科研人员在此进行实验、展示课题，大型科学中心就此形成。这是一个活力社区，也是一台创新引擎。

尤其在当下，同步辐射装置在国内尚属稀缺资源，若率先建成，光源将成为当地新地标，对城市形象的提升也有带动作用。

不过，盲目跟风不可取，“光源热”需要警惕。一方面，对地方政府而言，大科学装置建设的投资并非小数目；另一方面，对于人才吸引、产业提升等，光源等大科学装置能够“锦上添花”，却不能“雪中送炭”，当地的科研实力、产业基础都应综合考虑。

在合肥光源，科研人员正开展试验。巩持平摄

如今，叶逸凡等科研人员早就习惯了上海、合肥两地跑。“合肥光源偏功能，看电子态、化学态和氢元素结构等；上海光源偏结构，看原子位置、晶格结构和元素信息等更方便。”叶逸凡解释，“合肥光源和上海光源的互补性非常强，如果这些信息不放在一起，没办法把整个过程想清楚。”

一位相关领域的科研人员告诉记者，保守估计，超过一半的高水平成果都由几个光源合作完成。

不仅如此，光源建设阶段，上海与合肥科研人员经常进行技术交流，双方相互担任科技委、用户委专家，指导装置建设运行和规划；在人才培养工作上，两地光源也会交换学生，联合培养，双向输送。可以说，“关系”相当亲密。

近年来，沪苏浙皖签署长三角重大科技基础设施联动发展合作备忘录，协同推进以光子科学为核心的重大科技基础设施集群开放共享，为长三角区域产业科技创新提供了有力支撑，利用光子科学设施形成的有关研究成果已应用于京东方、联影等长三角企业产品中。

在不久的将来，科研人员或许要上海、合肥、苏州、金华等多地跑，不过这是“幸福的烦恼”。长三角几个光源建成后，强强联合，成为世界一流的探测微观世界的利器，共同发出“神奇之光”，辉映新的光芒，照亮科研之路。

原标题：《“光源”不够用了？一台装置几十亿元，上海江苏浙江安徽抢着建》

栏目主编：陈抒怡

来源：作者：解放日报 巩持平 刘畅