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給科學家一雙慧眼——上海光源助力科學家探索微觀世界
2017-06-28 14:16:05 來源: 新華社
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  新華社上海6月28日電  題:給科學家一雙慧眼——上海光源助力科學家探索微觀世界

  新華社記者王琳琳、何欣榮

  人類來到世界,睜開眼睛看到的第一樣事物,就是光。光是我們認識這個世界的基礎。從紅外、可見光、紫外、軟X射線、硬X射線到伽馬射線……每個人、每一天,都在和不同的光打交道。

  國家大科學裝置上海光源是上海張江國家科學中心的“老大哥”。開放8年來,這臺“超級顯微鏡”,以光為媒,持續升級:上海光源二期擴容工程、軟X射線自由電子激光用戶裝置與活細胞結構與功能成像平臺去年底開工建設,X射線自由電子激光試驗裝置正在出光調試。在這片科技創新的高地,一個觸及世界前沿的“中國光谷”已然雛形初現。

  從“分子照片”時代進入“分子電影”時代

  上海光源,是全球頂級中能第三代同步輻射大科學裝置,外形酷似巨大的“鸚鵡螺”。圓形的“螺殼”內,3臺加速器負責“出産”同步輻射光。

  無數電子以近乎光速晝夜不停地高速旋轉。每每轉彎,就會沿切線方向放射出一束束不同波長的高品質同步輻射光,通過光束線最終照射在各個實驗站的樣品上。運用光與物質相互作用的科學原理,科學家可以在分子和原子尺度上觀察微觀物質世界。

  “國家重器”要發揮引領作用,需要持續創新升級。目前,在鸚鵡螺的隔壁,我國首臺X射線自由電子激光試驗裝置正在出光調試。在此基礎上,還將動工建設軟X射線自由電子激光用戶裝置,並于2019年正式投入使用。

  中科院上海應用物理研究所所長趙振堂説,X射線光源是研究物質內部結構及其動態過程的工具,作為第四代光源,X射線自由電子激光的峰值亮度比第三代同步輻射光源高10億倍;脈衝長度可達到飛秒量級(1秒的1000萬億分之一),比第三代同步輻射光快1000倍;相幹性更好。它可以觀測到物質內部更復雜或更快的現象與變化規律。

  “形象地説,同步輻射光源能為分子‘拍照片’,而自由電子激光借助其極短的光脈衝則可以給分子‘拍電影’,極大提高了科學家洞悉物質內部結構的能力。”趙振堂介紹,“同步輻射光源+X射線自由電子激光”具備更全面的實驗能力,是當前光子科學平臺發展的最新動向,全球已有6個類似組合,分別建在德國、美國、日本、韓國、瑞士和意大利。

  讓科學研究從“月光下”走到“日光下”

  專家比喻,在上海光源這個大科學設施的支持下,我國科學家已從原來在“月亮光”下看微觀世界,走向在“太陽光”下看微觀世界。這對推動基礎科學研究、吸引國內外一流科研團隊的意義作用巨大。

  運行8年來,借助上海光源發出的光,2014年中國科學院院士包信和在天然氣直接轉化利用研究中取得重大突破,並入選當年的“中國科學十大進展”。清華大學醫學院顏寧研究組首次測定了人源葡萄糖轉運蛋白的三維晶體結構,中國疾病預防控制中心高福團隊揭示出禽流感、埃博拉等多種流行病毒感染機制,中科院物理所丁洪課題組發現了外爾費米子……

  像一個個碩果展示的那樣,超級X光給了科學家一雙雙慧眼。“拿結構生物學來説,原來單個課題組解析一個蛋白質結構,可能要幾年時間。上海光源建成後,平均解析時間降為幾個月甚至數天。目前,我國研究人員利用上海光源一年解析的蛋白質結構數量,是以前幾十年的總和。”上海光源中心副主任何建華説。

  築“巢”引鳳,搭建開放共享科研生態圈

  隨著硬件設施的持續提升,上海光源在結構生物學、催化、凝聚態物理、材料科學等各前沿學科領域築好“巢穴”、引“鳳”前來,一個開放共享的科研生態圈正逐漸走向成熟。

  上海光源面向國內外用戶開放。初出茅廬的青年學者,只要通過課題申請,一樣可以使用大科學設施。除了小部分企業,90%以上的用戶是免費使用的。

  為了確保對每個課題公平,上海光源設計了一套“用戶提出申請,用戶專家來審批”的制度規范。每個用戶專家工作組由10位左右來自不同地區、不同類型單位且與該線站學科相關的一線專家組成,負責本線站的課題評審、學科方向咨詢和運行狀態監督。清華大學教授施一公等著名科學家,就是用戶專家工作組的成員。

  公平之余還要兼顧效率,為此,上海光源特地留出一部分時間用于獎勵那些取得傑出成果的研究人員,以盡可能提高裝置的成果産出率。

  和研究成果一樣,所有這些在開放共享中積累的可復制可推廣經驗,都將成為中國推進科技創新的寶貴財富。可以預見,未來,“中國光谷”將凝聚全球力量,將這片熱土真正打造成具有國際影響力的科技創新中心。

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【糾錯】 責任編輯: 楊婷
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