科创中国行 | 合肥光源：藕塘飞出超级“中国光”

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（来源：文汇报）

很多人以为，大科学装置只服务于象牙塔里的基础科研。但在位于中国科学技术大学的国家同步辐射实验室，一束同步辐射光正在照进动力电池、新型显示器、高端光学元件等产业一线。

这里建有我国第一个专用同步辐射装置合肥光源——周长66.13米的储存环隧道中，电子被加速至接近光速，转弯时释放出亮度超出普通X光亿万倍的同步辐射光。这束看不见的光，经由一条条光束线输送到各个实验站，成为科学家洞察原子、分子运动的“超级显微镜”。

1989年出光至今，合肥光源运行开放达国际同类装置先进水平——每年运行时间超过7000小时，开机率99%，为国内外用户提供40000小时以上的优质机时，为突破产业发展中“看不见、测不准”的瓶颈难题屡建奇功。

修炼独门秘技：从“看不见”到“看得清”

“合肥光源目前建有11条光束线、13个实验站，一些产业难题用常规手段‘看不见’，但在这里逐渐被‘看清’。”中国科学技术大学国家同步辐射实验室实验部副部长叶逸凡带着记者穿过安全联锁门，进入储存环大厅。

大厅里，13个实验站排得满满当当，每一寸空间都被利用起来。一条条泛着金属光泽的光束线管道纵横交错，末端的实验线站上分布着探测器、真空腔体等设备。科研人员将实验样品放进样品台，屏幕上不断跳动着能谱、衍射散射和谱学的实时数据。

“普通实验室仪器往往只能看到材料的宏观性质。”叶逸凡说，但对于碳、氮、氧等轻元素的价态变化，薄膜界面的细微缺陷，以及转瞬即逝的分子反应中间体，常常“测不清、辨不明”，而这些恰恰是许多产业研发绕不开的痛点。

与国内其他几大同步辐射装置相比，合肥光源能量虽不算高，却覆盖了从红外到软X射线的完整波段。锚定远红外、真空紫外、极紫外和软X射线等特色能区，合肥光源专攻轻元素、化学键、表面界面研究，发展出一系列独门秘技。

真空紫外光电离质谱技术是合肥光源最具辨识度的秘技之一。传统质谱仪靠电子轰击打碎分子，容易产生较多碎片离子，合肥光源的真空紫外光可让分子尽可能少地发生碎裂。这种方法能捕捉火焰燃烧、煤化工催化过程中稍纵即逝的自由基，就连质量相同、结构不同的同分异构体，也能凭借光电离截面这张“分子指纹”被区分开来。

合肥光源实验线站

这项本土生长的原创方法，已结出一系列重量级成果：齐飞教授团队在中国科大任教期间用它解析发动机燃烧反应网络，拿下国家自然科学二等奖；包信和院士团队捕捉到合成气制烯烃的关键中间体乙烯酮，打破传统费托合成认知，成果入选“中国科学十大进展”；中国科大曾杰教授团队在多个复杂催化反应中直接捕捉关键气相中间体，相关成果先后发表于《自然—纳米技术》《自然—材料》。

合肥光源的另一大特色是“水窗”波段软X射线显微成像。在280至540电子伏特的特殊能量区间，能对生物样品进行接近天然存活状态的纳米尺度三维成像，相当于给细胞做了一次“活体CT”，弥补了电子显微镜样品必须脱水固定带来的假象问题。

此外，角分辨光电子能谱、软X射线磁圆二色谱可直接观测二维材料、磁性材料的电子态与自旋行为，可服务于量子材料前沿探索。

与产线“双向奔赴”：把企业难题变成科学问题

看清之后，如何用起来？合肥光源给出的答案是：把企业生产线上的难题提炼成科学问题，再利用大科学装置找到解决方案，最终反馈到产线。

为快充电池提升性能，是一个典型案例。合肥一家科技企业在电池研发中一度遭遇瓶颈：要突破快充性能，就需要弄清电极内部孔隙的演变机理，仅靠企业内部检测手段很难看清。当企业找到合肥光源，这里的科研人员将难题变成了清晰的科学问题，并与企业联合组建研发团队，依托光源设备，在电极内部发现了一种类似葫芦形状的“匏壶型”孔隙结构。它能显著改善电解液浸润与离子输运，为10到15分钟快充工艺的优化指明了方向。

“电池样品测试全程需要真空保护，每一组电解液配方从制样、采集谱图到甄别剔除污染数据，人力物力投入巨大。”叶逸凡透露，双方已积累3000多条电解液相关谱图数据，为配方、工艺条件和材料微观结构、电池性能建立起对应关系，给产线工艺迭代提供理论指导。目前，第二轮科研攻关已开启，合肥光源联合企业继续攻坚“高倍率电池性能提升”这一瓶颈问题。

迄今为止，合肥光源已与国轩高科、京东方、皖维集团等数十家企业开展合作，正努力打通从原创科学方法到企业工艺改进的产学研完整链条。

倒逼自主创新：从“买不到”到“自己造”

“大科学装置的很多卡脖子技术不是凭空做出来的，而是在常年运行中，倒逼我们把一个个高端光学元件、精密仪器的自主可控‘啃’下来。”叶逸凡说，整个过程是沿着装置提需求、科研练技术、技术反哺装置后，再走向产业市场的。

推开超净间厚重的房门，国家同步辐射实验室特任高级工程师赵帅身着防护服，准备为一块X射线椭球聚焦镜做检测。这种镜子的加工检测，面形精度要达到亚纳米级——相当于在北京市这么大面积的平面上，起伏不能超过几毫米。同步辐射光束必须依靠这类镜子完成精准聚焦，才能照射到样品上。

科研人员正在检测聚焦镜材料

“很长一段时间里，这种镜子只能依赖进口，一块身价高达70万元，交货周期漫长，还随时面临供货限制。”赵帅告诉记者，团队攻克了镜面加工、超高精度检测等全套工艺。如今，这面“合肥造”的镜子性能已追平进口产品，未来还可服务激光聚变、空间探测等国家重大能源项目。

光栅是另一个典型的核心光学元器件。合肥光源的高性能光栅早先高度依赖进口，遇到全球采购高峰期，货期和质量常无法得到保障。于是，团队完整打通整套工艺，解决了光栅的自主制造难题，并孵化出高科技企业。如今，国产光栅产品不仅保障了新建高能光源——合肥先进光源的建设需求，还拿下国内外多个大科学装置的订单。

三代人接力：从一片藕塘到第四代光源

这种“从零起步、自主攻关”的基因，早在合肥光源建设之初就已埋下。

记者在合肥光源第一代建设者裴元吉的办公室，看到一张“高龄”藤椅。它陪着裴元吉从设计图纸开始，经历了几十年岁月：上世纪70年代末，一支平均年龄不到35岁的科研团队，在合肥一片藕塘菜地上开启了光源项目的预研。经费紧缺、无现成经验可循，他们却创造了当时同类装置建设的“中国速度”。

合肥光源一期建设团队正在研究图纸。

裴元吉回忆，当国外专家来参观时，他非常自豪地对他们说：“All of these are made in China.（所有这些，都是我们自己造的。）”如今，接力棒交到了新一代人手中。30多岁的叶逸凡、赵帅等青年科研人员承担起关键元件国产化的使命，把一个个过去“买不到”的核心部件变成“自己造”。

这场跨越数十年的创新接力，正在迈向新的起点。作为国家“十四五”重大科技基础设施，合肥先进光源（HALF）正在加快建设。它不仅承载着从第一代合肥光源延续而来的自主创新基因，更将把中国同步辐射光源的性能推向新的高度。

大科学装置的价值不止于产出论文数量，更要看能为国家解决多少真实的科学与产业难题。随着HALF建成，原位工况实验将得到进一步发展。“现在测电池，大多是充放电到某一状态后再拆开取样；未来将有条件实现电池一边充放电，一边实时追踪其电极内部微观结构演变。”叶逸凡表示，先进光源已为集成电路极紫外光刻、新能源催化、量子材料、生命软物质等领域规划了专门线站。

（中国互联网发展基金会中国正能量网络传播专项基金支持项目）