作者:桂运安 来源:中国科学报 发布时间:2020/9/28 18:56:41
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勇担使命,聚力传承
国家同步辐射实验室的“光源梦”

 

“整个园区宛如一只观察微观世界的‘眼睛’,这个设计太让人震撼了!”近日,在中国科学技术大学(以下简称中国科大)西区国家同步辐射实验室合肥先进光源规划设计图前,参观者情不自禁地感叹道。

国家同步辐射实验室,是我国首个国家实验室。从我国首个专用同步辐射光源——合肥光源,到正在预研的世界首批第四代低能区同步辐射光源——合肥先进光源,实验室一代代科学家们从零起步,聚力传承,用“神奇之光”点亮科学之路,努力实现大国崛起的“光源梦”。未来,透过合肥先进光源这只令人惊叹的“慧眼”,科学家们将能看清物质结构和生命活动,开启人类文明新征程。

“合肥光源”发出“神奇之光”

在中国科大西区,一幢状如飞碟的建筑物格外引人注目,这里正是国家同步辐射实验室的“合肥光源”所在地。1978年2月,中科院正式下文,批准合肥同步辐射加速器的预研制和物理设计项目。1989年4月29日凌晨,“合肥光源”发出第一束“神奇之光”。

从预研、设计,到建造和调试,中国工程院院士、中国科大教授何多慧作为“合肥光源”项目总工程师,见证了中国同步辐射光源从无到有的历史性转变。30多年前,时任中国科大副校长包忠谋亲自挂帅,以何多慧、裴元吉、金玉明、张武等几位中国科大近代物理系加速器教研室的教师为核心,一支平均年龄不到35岁的年轻队伍开启了光源的逐梦征程。“刚开始,我们总共只有十几个人,条件很艰苦,只有一间房子,大家都是从头学起,拼命学、拼命干。到预研和物理设计完成,也才五十几个人。”何多慧说,这是一条充满曲折和艰辛的道路,那时我国科技与发达国家相比差距很大,大家完全凭着一种精神,为了国家而忘我奋斗。

何多慧出生在四川仪陇,那是朱德的故乡,也是毛泽东在《为人民服务》那篇文章中所悼念的红军战士张思德的故乡。“新中国成立以后,家里分了田地,我才得到继续上学的机会。从中学到大学,全都靠的是助学金。到北京上学的大部分路费,也是国家和中学领导给的。”何多慧回忆说,那个年代出来的人,都想着一心一意为国家,再苦再累也不怕。

“文革”后,国家大力发展科学技术,中科院启动了三个大科学工程,北京高能物理所的正负电子对撞机、兰州近代物理所的重离子加速器和合肥同步辐射加速器。尽管经济困难,国家非常重视这批大科学装置的建设。1982年,方毅副总理到中国科大考察,在全校教职工大会上作报告时说:“不管国家经济多么困难,就是卖了裤子,也要建设好合肥同步辐射加速器。”1983年4月8日,国家计委发文正式批准合肥同步辐射加速器项目立项,并直接把合肥同步辐射加速器改名为“国家同步辐射实验室”。国家计委主管的领导说,这是我国国家实验室概念的起源,是我国的第一个国家实验室。

“当时,中国自己建造的最大加速器只是3米长的30MeV电子直线加速器,根本没有储存环,我们只能边干边摸索。”何多慧说,为了解决一个技术难题,当时还是研究生的周银贵一连三天三夜不睡觉;高频系统负责人冯兰林到贵州深山沟里驻厂制造零部件,一去就好几个月,去时穿的是大棉袄,回来时已经穿汗背心了。他们不是一两个人,也不是一两年,而是几十人十几年如一日地忘我工作。“我晚上回去休息一会,电话也一直放在耳边,万一有事,立刻就得跑到现场。”何多慧表示。

国家同步辐射实验室项目1991年通过国家鉴定和验收。鉴定会由国家科委组织和主持,著名物理学家王淦昌任鉴定委员会主任,鉴定意见认为:合肥同步辐射光源已达到国际同类装置先进水平。“他们是教师,他们太年轻,却奇迹般研制建造成功这台具有世界一流水平,巨大、复杂、尖端的同步辐射加速器。”著名物理学家谢希德说。“合肥同步辐射加速器及光束线实验站”项目,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。

“因为国家没同步辐射光源,所以一定要把这个东西搞出来,为国家争气。”现已81岁高龄的何多慧欣慰地说,“合肥光源”至今已运行近30年,国内外用户超过18000人次,做出了很多重要科研成果。

光源“建起来”更要“用起来”

“‘合肥光源’是合肥首个建成运行的大科学装置,不仅要‘建起来’更要‘用起来’。”国家同步辐射实验室原执行主任盛六四表示。

盛六四原本从事激光化学研究,1986年起主持筹建国家同步辐射实验室光化学实验站。作为国家同步辐射实验室二期工程副总工程师,他还是“八五”“九五”实验站和光束线改造的主要完成人。

“不同的科学门类需要不同波段的同步辐射光源,需要建立不同的实验站。”盛六四说。为了更好发挥合肥光源作用,中科院副秘书长、科大党委书记、实验室主任刘乃泉带领团队改造了俄罗斯退役的超导扭摆磁铁,成功安装在“合肥光源”上,并建设了一线三站。

每一代人有每一代人的使命。“老一辈科学家拼上命建好的同步辐射光源,我们一定要想方设法用好它。”盛六四多次表示,“那个时候连何多慧院士都那么拼命干,作为年轻人没有理由不干”。实际上,为了能在同步辐射光源上做一番事业,盛六四、李为民等一批优秀骨干不约而同地多次放弃了出国深造访学的机会。他们认为,国家同步辐射实验室是极好的工作舞台,也是体现人生价值的地方,在这里努力工作更是报效祖国的绝佳机会。

同步辐射是一项巨大、复杂、尖端的高科技工程。“那时国家经济困难,工业基础薄弱,很多设备仪器只能硬着头皮自己干。”盛六四坦言。在光束线和实验站建设、改造中,盛六四和其他建设者一样,自己设计,还得常去加工厂共同讨论工艺,自己安装、调试,有时候甚至亲自制作一些特殊零部件,并一直将实验线、站调试好交付国内外用户使用。“刚开始,没有计算机,我们就自己画图,业内叫‘爬图板’。”盛六四不无骄傲地说,他在一期、二期工程光束线和实验站建设过程中,所画图纸近万张,自主设计的设备仪器价值达几千万元。

在张新夷、刘祖平、盛六四、吴自玉、陆亚林、李为民、田扬超等人的率领下,“合肥光源”历经二期工程、重大维修改造项目两次升级,性能发挥至极致。包信和、谢毅、陈仙辉、杨学明、俞书宏等科学家们在“合肥光源”上做出了众多世界级原创成果,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,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。

“点亮”探寻微观世界之眸

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。“我们要建世界上最先进的第四代光源,为科学‘大咖们’服务,为产业界解决痛点。”作为新一代“掌门人”,国家同步辐射实验室主任封东来立志要把合肥先进光源建设成为亚洲第一个的第四代低能区光源。合肥先进光源建成后,将成为合肥城市的“新地标”,助力合肥成为具有世界影响力的国家综合性科学中心。

追求“光源梦”的脚步,永不停息。经过一代代科学家的努力,“合肥光源”性能已经发挥到了极致,但仍然不能满足用户的更高需求,早在2006年,便开始规划设计衍射极限的低能区第四代光源——合肥先进光源;2013年,“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”纳入《国家重大科技基础设施建设中长期规划》;2017年,时任国家同步辐射实验室主任陆亚林推动合肥先进光源预研项目立项,先进光源离实现梦想越来越近。

目前,已经投入使用的“上海光源”是第三代中能区光源,正在建设的“北京光源”属于第四代高能区光源。瞄准第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。

“四代光源是科学探索的‘国之重器‘,它在亮度和相干性方面有了巨大提升,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,可以更清楚地看清微观世界。”封东来说,当软X射线的亮度和相干度百倍地提升,它将对很多领域产生变革性的影响,合肥先进光源可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,极大提高航空轮胎橡胶和高强度碳纤维等轻元素复合材料的研发效率,甚至帮助揭开困扰人们多年阿尔茨海默病的病理。作为未来的重大科学基础设施,合肥先进光源就像高铁和高速公路这样的基础设施一样,成为科学研究和产生研发腾飞步入快车道的基础。它将推动多学科集聚、顶尖科学家集聚、一流创新群体集聚、高新产业研发集聚,从而助力长三角科技研发一体化的国家科技战略布局。

合肥先进光源成为了光源人的共同的梦想,王琳从2006年起开始合肥先进光源的设计,冯光耀、刘啸嵩、王发芽、白正贺、王占东等一大批学者纷纷从世界各地加盟。合肥先进光源预研项目已经累计投入人力3600人/月。在物理设计上,追求指标的极致和降低工程的难度是相互矛盾的,为了兼顾两者,王琳、白正贺等研究人员将物理设计方案数十次地迭代进化,从而得到了最优方案,获得国内外顶尖同行的高度认可。同时,冯光耀、王发芽、王琳、张善才、刘功发、孙喆、王秋平等研究人员带领团队针对储存环磁铁技术、加速器控制技术、光束线单色器及先进实验方法等17项关键技术进行攻关,已取得阶段性成果,总体方案也在近期通过专家论证。

2017年,合肥成为继上海之后全国第二个综合性国家科学中心。“合肥综合性国家科学中心必须要有一个能聚集国内外众多领域科学家的装置,合肥先进光源正是这样一个‘旗舰’级大科学装置。”封东来说。3年前,合肥先进光源就被列为合肥综合性国家科学中心核心建设项目;中科院和安徽省更是投资3.56亿元联合启动合肥先进光源预研项目。安徽省承诺将全力支持合肥先进光源的建设。

为了推动合肥先进光源建设,中国科大党委书记舒歌群、校长包信和多次调研和讨论,急实验室所急,解实验室所困,学校通过了实验室与人力资源部共同上报的队伍改革方案,从评价体系、晋升渠道、人员编制、工程激励等各方面给出了新政策,充分释放实验室人才活力。作为高校大科学装置的领头羊,通过多年的探索,中国科大在高校和大科学装置互促互赢的发展道路上又迈出新的一步。

疫情发生以来,合肥先进光准备的脚步并未停歇,在2月底到3月初举行的9场线上用户研讨会议上,来自大学、研究所和公司的2000多人次的科学家和工程师们一起积极规划合肥先进光源的实验线站,畅想未来的应用。目前, “建设世界上最先进的第四代光源,是所有光源人和光源用户的梦想。”封东来表示,中国科大是我国同步辐射事业的发源地,有信心、有经验、有队伍更有能力建好合肥先进光源。

 
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