作者:雷宇 来源:中国青年报 发布时间:2010-1-25 11:41:42
选择字号:
上海光源:能给蚂蚱触角拍X光片 精度要求高过卫星发射
 
 
 
国家大科学工程的核心建筑“鹦鹉螺” 中科院上海应用物理所供图
 
与外界的喧嚣相比,在上海浦东张江高科技园区,一个看似“鹦鹉螺”的大型建筑的周围却格外宁静。门口宽阔簇新的柏油马路上,甚至看不到一辆大型汽车——因为哪怕振幅超过0.3微米的轻微震动,都会使当时正在进行的试验泡汤。
 
1月19日,这个学名为上海同步辐射光源(简称“上海光源”)的神秘装置撩开面纱,正式通过国家验收并向国内外开放。这是我国迄今为止最大的大科学工程,也是仅次于日本SPING-8、美国APS、欧洲ESRF,电子束能量居世界第四位的第三代同步辐射光源。
 
国家发改委副主任张晓强在验收会上激情澎湃——这个国际上最先进的同步辐射装置的建设,标志着我国重大科技基础设施建设迈入了新的发展阶段,伴随上海光源等工程,我国也拉开了“十一五”阶段大规模科技建设的序幕。
 
历史上曾先后出现过3次对人类文明起到革命性推动作用的新光源。第一次是电光源,它消灭了白天与黑夜的差别;第二次是X光源,人类可以通过它观察到肉眼看不到的物体的内部和微观领域;第三次是激光光源,它在工业、通讯、信息、国防、医疗和科研等极为广阔的领域中发挥重要作用。
 
这个被科学界誉为带来第四次革命的同步辐射光源,是一缕怎样的神奇之光,又将照亮哪些前所未有的世界?
 
能给蚂蚱的触角拍X光片
 
过去几年里,中科院上海药物所沈旭研究员天天盼着“上海光源”正式开放。
 
使用上海光源,他研究晶体结构的效率提高了数十倍,“以前用普通X光衍射,要做几天的工作,现在只需要20分钟左右的时间,一些以前根本不可能看到的药物与靶标的相互作用现在也一览无余。”
 
15年前提议建设“上海光源”的中科院院士杨福家的描绘则更为形象:“这座光束线站,若为一只活体蚂蚱拍X光照片,包括蚂蚱触角里面的微细管道、呼吸器官等都可一览无余,这是传统X光机无法办到的。”
 
“上海光源给国内结构生物学带来了跨时代的飞跃!”沈旭研究员说,以前所里只有自己一个人做这一领域的研究,因为有了这一平台,最近半年,先后有4位海外专家投奔而来,甚至一些以前不是做这方面研究的科学家也对此产生了浓厚兴趣。实现跨时代飞跃的绝不仅仅是沈旭的学科。
 
“上海光源”甫一运行,科研单位的课题申请像雪片一样飞来。追逐着这缕世界同步辐射领域声名鹊起的“神奇之光”,科技界掀起了新一波科学研究的热潮。
 
“上海光源”目前对国内外科研用户正式开放的光束线共有7条。7束光各配套一座实验站,供课题单位及专家们进行科学实验。目前“上海光源”执行了101个科研院所和大学的用户课题432个,涵盖生命科学、材料科学、环境科学等十几个学科。
 
“就像一台可供多用户使用的超级显微镜”,“上海光源”束线工程部主任肖体乔说,“上海光源”发出的从远红外到硬X射线的不同波长的电磁波,与可见光相比,这些“看不见的光”波长更短,能量更高。光照射到样品上时,会产生衍射、散射、折射、透射、吸收等现象,与物体相互作用可以激发产生荧光和光电子,引起物体的激发、电离和碎裂等现象。科学家正是借助于这些现象探索未知的世界。
 
肖体乔介绍,我国在此之前已经有了第一代光源北京谱仪,是寄生于北京正负电子对撞机的兼用机;合肥国家同步辐射实验室属于第二代光源,是基于同步辐射专用储存环的专用机。
 
“上海光源”与第一代和第二代同步辐射光源相比,性能有了量级的提高。以亮度为例,“上海光源”的光亮度提高了1600倍。亮度的提高带来速度的提升,原来需要几天才能得出的实验结果,现在可能只需要几小时甚至几分钟。
 
“以生命科学为例,生命科学已进入后基因组时代,蛋白质科学已成为各发达国家竞相抢占的制高点。而以蛋白质结构和功能研究为主要目标的结构基因组学研究,其中80%以上的工作需要在第三代同步辐射光源上进行,所以‘上海光源’将成为我国生命科学前沿研究不可或缺的大科学设施。”
 
这还只是“小试牛刀”的一期工程。据专家估计,整个“上海光源”总共能建约60条光束线,每条线上可建1~2个实验站,“每条光束线的投资,相当于一个国家级重点实验室的规模”。
 
“可以想象,今后在这个鹦鹉螺里,将诞生多少令世人惊叹的科学奇迹!”验收会上,一位科学家无限感慨。
 
精度要求高过卫星发射 照亮科学工程自主创新之路
 
“上海光源”究竟有多难造?
 
据中科院上海应用物理研究所李浩虎博士介绍,其实“上海光源”的工作原理,有点像微观层面的“发射卫星”——就是要通过施加外力,让电子在一个个指定轨道上运行,其精度要求,比发射卫星还要高很多倍。
 
“为保持光束流的高度稳定,光源轨道的垂直稳定度须控制在1微米以内。”李浩虎博士说,这其中,各种干扰因素实在不少:施工的地基会有不均匀的沉降,储存环隧道和实验大厅的地板会扭曲和变形,储存环隧道内空气的温度甚至冷却水的温度都在变化,还有各种意料之中或意料之外的振动源……
 
“任何一个细节出问题,都无法保证实现这个‘1微米以内’的目标。”
 
为了确保设备安装不出现丝毫偏差,承担工程建设的中国科学院上海应用物理所的技术人员分成不同班组,从早8点到晚5点,从晚5点到早8点,24小时都能在工程现场见到他们。
 
即便在严格控制的25℃恒定室温下,这些专家有时还是会憋出一身汗;一位工艺员因为每天要绕着432米的储存环安装现场走上10多圈,一年半内走破了十双鞋子。
 
还有,10万多个信号点,没有接错一根电缆;国际上通常要2~3个月完成的工程环节,“上海光源”只用了两个星期……在专家测试中,国内外同行一致认为“建设质量达世界一流”。
 
高难度的大科学工程拉升了我国自主创新水平。国家验收统计,这个我国最大的大科学工程自主研制的设备超过70%,有力地推动了国内相关高技术领域的发展,在国际上同类第三代同步辐射光源中性价比最好,“照亮了我国科技自主创新之路。”
 
一个故事让人印象深刻。
 
2006年年底,“上海光源”工程经理部通过全球招标,将国内没有的一份组件——上海光源的主要发光部件真空内波荡器订单下给了国外一家公司定于2008年年中交货。这年2月,意外发生,外方提出延迟到今年6月以后才能交货,而整个上海光源工程按计划应在2009年4月就完成!
 
逼上梁山。面对这个近十年来世界上发展起来的最先进的光源技术之一,研制组决定自主研发,从设计图纸、确定磁铁块组装方案、试制模型和小段样机,每一步都要经过严格审核,2009年大年初三,我国自主研发的第一台真空内波荡器宣告诞生。
 
更多阅读
 
 
 
 
 
 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 
SSI ļʱ
 
 
读后感言:

验证码:
相关新闻 相关论文

图片新闻
李言荣团队在高温超导中发现量子金属态  严重干旱为新亚述帝国迅速灭亡埋下隐患
火星探测任务首次公开亮相 有刺植物在中海拔比例最高
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐