科学与健康｜以光为“尺”探索物质微观结构！我国首台高能同步辐射光源今年底试运行

　　“加速电子、产生光”；以光为“尺”，解析探索物质的微观结构和演变机制……如同一台超大号的X光机，同步辐射光源可以更好“看清”微观世界。

　　记者近日从中国科学院高能物理研究所获悉，我国第一台、第一代同步辐射光源北京同步辐射装置（BSRF）重启开放；世界上设计亮度最高的第四代同步辐射光源，也是中国第一台高能同步辐射光源（HEPS）一期工程建设将于2025年底完成，具备验收条件，启动试运行。

　　老骥伏枥：我国第一台、第一代同步辐射光源硕果累累

　　中国科学院高能物理研究所专家介绍，同步辐射光源的基本原理是“加速电子、产生光”，通过加速电子并使其在磁场中沿弧形轨道运动，从而产生电磁辐射。当高速运动的电子在磁场作用下改变运动方向时，会在切线方向释放出同步辐射光。

　　经过光束线的精细化调制，给航空航天、能源环境、生物医药、物理化学等领域的科学家提供高品质的光，解析探索物质的微观结构和演变机制。

　　北京同步辐射装置是我国第一台、第一代同步辐射光源，建设14条光束线和实验站，可提供从真空紫外到硬X射线能量范围的同步辐射光。自1990年运行以来，始终贯彻“开放、联合、开拓、创新”的方针，对国内外的科研单位、高等院校等全面免费开放。

　　中国科学院院士、北京正负电子对撞机国家实验室主任陈和生介绍，30多年来，北京同步辐射装置以专用光、兼用光模式，为凝聚态物理、化学化工、生命科学、材料科学和环境科学的研究提供了一个坚实的实验平台，并取得了SARS病毒蛋白质分子结构解析、“砒霜”治疗白血病的分子作用机制等一系列研究成果。

　　据悉，随着2025年5月北京正负电子对撞机升级改造的完成，北京同步辐射装置将保留8条光束线站，以全年兼用光的运行模式继续对外开放。

　　超大号X光机！第四代高能同步辐射光源看点多多

　　高亮度的特性决定了同步辐射光源可以用来做许多常规光源所无法进行的工作。北京怀柔、雁栖湖畔，正在建设的高能同步辐射光源是世界上设计亮度最高的第四代同步辐射光源，建成后将发出地球上“最亮的光”，可提供纳米探针、非弹散射、相干衍射、超高时间分辨等多种前沿实验方法。

　　这也是中国第一台高能同步辐射光源，结合能量高达300千电子伏特的高能X射线，助力实时、原位、实际工况的物质微观结构及其演变机制解析，开展更灵敏、更精细、更快速、更复杂和更接近实际工作环境的科学研究。

　　高能同步辐射光源预计将于2025年底启动试运行。（中国科学院高能物理研究所供图）

　　高能同步辐射光源工程总指挥潘卫民介绍，自2019年启动建设以来，高能同步辐射光源已基本完成加速器、光束线站建设，开展了多轮带光联调，15条光束线站全部出光，装置团队利用创新研发的前沿方法，助力加速器调束，解决了纳米聚焦镜等关键调光问题，实现了“加速器—插入件—光束线—实验站”全链路协同调试，束流发射度、调光方法等取得良好进展。

　　据介绍，高能同步辐射光源容纳能力可达90条光束线站，为了尽快发挥大装置的能力，高能同步辐射光源团队还同期推进后续线站建设规划，在各级部门的支持下，积极探索多渠道投资新模式，与科研用户、企业用户深度合作，推进光束线站持续建设，期待“十五五”期间达到45条光束线站，更好地支持各领域前沿基础研究和产业研发。

　　四世同堂：“光源”家族为前沿科技再添动力

　　同步辐射光源可为先进功能材料、能源与环境、生命科学与医学等领域提供微观观测手段，被全球公认为“前沿科研的眼睛”。

　　目前，除北京同步辐射装置的第一代光源，中国还建设有位于安徽合肥的第二代光源，位于上海张江的第三代光源。

　　前三代同步辐射光源已应用于研究材料结构、性质和相变，如晶体、陶瓷等材料的结构分析、缺陷研究等；还用于新材料的探索和研究，如半导体、超导体、纳米材料等；生命科学相关的研究，如结构生物学、生物大分子功能研究、药物研发等，为相关领域研究提供高分辨率的生物分子结构信息，帮助人们理解蛋白质、核酸等生物大分子的结构和功能，有助于新药创制、遗传工程等领域的进展。

　　第四代光源的高亮度和高相干性优势，结合新兴的实验技术，将进一步拓宽科学研究边界，为高温超导、新能源固态电池等战略前沿研究提供有力支持，同时提高微观结构解析质量和效率，助力新材料研发和新型药物筛选等产业发展。

　　高能同步辐射光源工程常务副总指挥董宇辉介绍，为充分发挥高能同步辐射光源这一国际先进第四代光源的作用，高能同步辐射光源团队在积极推进验收指标达标的基础上，与各领域科研院所、企业等用户单位保持深入沟通交流，征集首批实验方案、各领域重大研发需求，通过实验指导装置联调，确保科学需求引导高能同步辐射光源建设，多次组织领域专题用户研讨会，力争尽快出成果、出好成果，并同期开展国际合作、用户友好环境建设等工作。

　　“在北京同步辐射装置已有成果基础上，高能同步辐射光源将瞄准国家重大需求、工业创新以及科学研究前沿，开展体现和发挥第四代光源高水平、高性能优势的实验研究。”潘卫民说。

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