合肥先进光源 探索微观世界之眸
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合肥先进光源 探索微观世界之眸
 发布时间:2020-07-16  大小:【

光是认识物质和生命最基本的工具。走进中国科学技术大学国家同步辐射实验室,站在合肥先进光源规划设计图前,可以看到整个园区宛如一只观察微观世界的“眼睛”,透过这只令人惊叹的“慧眼”,科学家将能看清物质结构和生命活动,开启人类文明的新征程。

 

总体方案通过专家论证、园区规划完成方案设计、多项预研关键技术取得突破……新冠肺炎疫情发生以来,合肥先进光源预研和准备的脚步并未停歇。作为最先进的第四代低能区同步辐射光源和合肥综合性国家科学中心“旗舰”级重大科技基础设施,合肥先进光源将助力合肥成为世界级光子科学与应用研究中心。


 

 

一、构筑人才集聚的“新高地”


“建一个四代光源,就像建一架C919大飞机一样,它涉及上千万个零部件,不是简单地组装,而是一个非常大的系统工程,必须要有强大的人才团队和多年的技术积累。”国家同步辐射实验室主任封东来坦言,现在世界上有十多个国家在规划建设四代光源,但建先进光源需要几十个方向的人才,而且一环扣一环,任何一环都不能有缺口。


矗立于中国科大西区的国家同步辐射实验室,是新中国第一个国家级实验室,也是中国同步辐射光源的发源地。1983年4月,国家同步辐射实验室成立;6年之后的1989年4月,“合肥光源”发出第一束“神奇之光”,“合肥同步辐射加速器及光束线实验站”也因此获得1992年中科院科技进步奖特等奖和1995年国家科技进步奖一等奖。20世纪90年代以来,“合肥光源”在长期运行开放中,解决了先进功能材料、能源与环境、生命科学等领域一系列重要科学问题,在《科学》《自然》等国际著名学术期刊上发表一系列重要成果,并在航空发动机燃烧、煤化工能源转化、先进薄膜材料、大光栅技术和标准探测器定标与传递等领域做出了诸多开创性的研究工作。


30多年来,国家同步辐射实验室以合肥光源为核心,建立了基于大科学装置平台的复合型人才培养模式,为我国乃至世界大装置界培养了大量高端人才,成为全国光源人才集聚的“强磁场”。但作为二代光源的“合肥光源”,当前性能虽已发挥到极致,但仍不足以支撑用户的更高需求,且仅能满足申请用户机时总数15%的使用需求。


“目前,我们拥有一支近200人具有多期国家重大科学工程建设经历、拥有原创性技术研发和完整工程管理体系、经验丰富的专职工程技术队伍,具备从自主开发、物理设计到加工研制、安装调试全流程完整的同步辐射装置建设能力。”封东来介绍,“合肥光源”多年来建立和锻炼了一支活跃的科研队伍,他们在发展相关实验技术等方面有着不可替代的作用,且学校每年还为实验室提供了源源不断的人才。


“合肥先进光源建成后,必将会吸引更多的顶尖人才加入。”封东来说,作为一个开放的综合交叉研究平台,合肥先进光源将面向全球多个学科领域和产业界,为科学“大咖”们服务,为产业界解决痛点,也将促进国家同步辐射实验室科研团队及周边科研机构与产业研发部门的同步成长。


二、发挥“1+1>2”的协同效应


今年全国两会期间,省长李国英专门提出“将合肥先进光源等纳入国家规划”的建议,并得到了国家发改委的积极回应。


“合肥是中国专用同步辐射的发源地,由原光源负责在原址或附近升级、新建,是世界光源发展的首选模式。”封东来介绍。合肥是全国除北京之外大科学装置最密集的地区,目前已建成同步辐射、全超导托卡马克和稳态强磁场3个大科学装置,正在推进合肥先进光源、大气环境立体探测实验研究设施等多个“大国重器”的立项建设,这些大科学装置的集聚必将产生“1+1>2”的协同效应,助力合肥成为具有世界影响力的国家综合性科学中心。


早在7年前,《国家重大科技基础设施建设中长期规划》就明确提出“逐步形成布局合理的国家光源体系,适时启动高性能低能量同步辐射光源建设”。目前,已经投入使用的“上海光源”是三代中能光源,正在建设的“北京光源”属于四代高能光源。瞄准四代低能区光源的合肥先进光源启动建设,将实现我国先进同步辐射光源的全能区覆盖。

合肥先进光源建设,得到了中科院和安徽省和合肥市“真金白银”支持。3年前,中科院和安徽省联合印发《合肥综合性国家科学中心实施方案(2017-2020年)》,将合肥先进光源列为合肥综合性国家科学中心的核心建设项目,给予全面支持。同时,更是投资3.56亿元联合启动了合肥先进光源预研项目,并承诺对光源建设提供资金配套支持。


“合肥先进光源与稳态强磁场、全超导托卡马克等形成大科学装置集群,会全面提升合肥综合性国家科学中心在诸多前沿研究领域的突破能力。同时,联合上海光源、高重频硬X射线自由电子激光、华东高校和科研院所等机构,将会形成长三角光子科学研究和应用走廊,助推长三角区域一体化的国家战略。”国家同步辐射实验室党委书记、副主任李良彬说。


“1+1>2”的协同效应,将会在多个领域显现。中科院量子信息与量子科技创新研究院项目,是安徽省科技创新“一号工程”。“合肥先进光源对超导材料、拓扑材料等量子计算研究,将具有重要的支撑作用。”封东来透露,诸多大科学装置在合肥综合性国家科学中心的集聚以及由此带来的人才优势,将促进装置建设、运行、技术研发与科学研究的有机结合,大幅度提高科技支撑服务能力。


三、打造城市发展的“新地标”


同步辐射是探索微观世界的“眼睛”,每引出一束同步辐射光,就可照亮一个学科领域。以接近光速运动的高能电子,在磁场中转弯时,沿轨道切线方向被“甩”出去的轫致辐射,就是同步辐射光。“四代光源在亮度和相干性方面有了巨大提升,可以更清楚地看清微观世界,用途非常广泛。比如,位于低能区的合肥先进光源可以以纳米级的高分辨直接观测复杂的不均匀体系中的电子、自旋和化学状态和轻元素体系的结构,有望揭开高温超导电性的秘密,帮助人们研发更安全、更高容量的动力电池和更高性能的催化剂,甚至帮助揭开困扰人们多年阿兹海默症的病理。”封东来说,四代光源把X射线对各学科研究的支撑能力提升到一个前所未有的高度,已成为各国抢占世界科技前沿的“利器”。


合肥先进光源定位于低能区、国际先进水平的衍射极限储存环形光源,具有全新视角的分析和测量能力,能够为新型功能材料、能源、环境、物质与生命交叉等学科及产业提供先进的实验研究平台。“合肥先进光源采用国际最先进的加速器技术,建成后将成为亚洲唯一的四代低能区光源。”李良彬说,合肥先进光源产生的极高亮度、高度相干的变革性X射线源,将助力国家科技战略布局,推动多学科集聚、顶尖科学家集聚、一流创新群体集聚、高新产业研发集聚。“我们正在探索‘先进光源+政校企联合研发’科创产业融合新模式,推动我省新型显示、新能源、芯片等产业集群向知识集群跨越,打通创新链-产业链-价值链,助推安徽省“芯屏器合”制造业战略,为前沿科技、国民经济主战场和国家需求服务。”


“早在2017年,我们就已启动了项目预研。”封东来说。合肥先进光源预研项目针对储存环磁铁技术、加速器控制技术等17项关键技术进行攻关,目前已取得阶段性成果,总体方案也在近期通过专家论证。以詹文龙院士为组长的专家组对合肥先进光源的总体方案予以高度肯定,认为总体建设方案先进可行,建议加快立项和建设。在比较了合肥先进光源的结构设计与英国Diamond光源的升级设计后,欧洲ESRF同步辐射光源升级工程顾问Dieter Einfeld曾坦言:合肥先进光源所采用的结构非常好,在相同能量和周期数下更能降低束流发射度。


“我们希望合肥先进光源建成后,不仅成为科学探索的‘新利器’,在电子尺度上揭开更多微观世界的秘密,植深扎牢我国战略性新兴产业的科技之根,而且成为合肥城市的‘新地标’,助力合肥跻身现代高端科学研究的圣地。”封东来表示。


【媒体链接】 

安徽日报:《合肥先进光源探索微观世界之眸》

http://app.ahrb.com.cn/szb/content/202007/07/c158927.html?from=timeline&isappinstalled=0

合肥市人民政府发布:《合肥城市新地标——一只观察微观世界的“慧眼”》

http://www.hefei.gov.cn/ssxw/wghf/105192265.html

安徽省科学技术厅:《合肥先进光源 探索微观世界之眸》

http://kjt.ah.gov.cn/kjzx/mtjj/119180071.html

中安在线:《合肥先进光源:探索微观世界之眸》

http://jd.anhuinews.com/qiyeminpian/202007/t20200707_4628808.html

安徽新闻网:《合肥先进光源:探索微观世界之眸》

https://www.ahnews.com.cn/yaowen1/pc/con/2020-07/07/496_218903.html


 

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