合肥先進(jìn)光源：探索微觀世界的最亮“慧眼”

作為我國(guó)籌劃建設(shè)的國(guó)際最先進(jìn)低能區(qū)第四代同步輻射光源，“合肥先進(jìn)光源”的設(shè)計(jì)方案和性能指標(biāo)近日受到國(guó)際評(píng)審會(huì)專家組的高度評(píng)價(jià)。

正在籌劃建設(shè)的“合肥先進(jìn)光源”波譜覆蓋中紅外至中軟X射線波段，是擁有最高亮度的全輻射譜段空間相干性衍射極限光源。依托先進(jìn)光源，將擴(kuò)展建設(shè)先進(jìn)的低能區(qū)自由電子激光裝置以及世界唯一的太赫茲儲(chǔ)存環(huán)光源，從而共同構(gòu)成“合肥先進(jìn)光源”集群，成為國(guó)際上在低能區(qū)最領(lǐng)先的光源中心，面向國(guó)內(nèi)外科學(xué)家開(kāi)放，為量子信息、能源與環(huán)境、生命科學(xué)等領(lǐng)域前沿研究提供公共平臺(tái)。

低能區(qū)全世界亮度最高

“同步輻射和同步這個(gè)詞的關(guān)系不大，只是它最初是在通用電器的一個(gè)同步加速器上被發(fā)現(xiàn)的，故而被定名同步輻射。正如X射線又被稱為倫琴射線一樣。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室謝治教授介紹，同步輻射是一種全頻譜，包含紅外線、可見(jiàn)光、紫外線和X射線全光譜的光，這種光最突出的優(yōu)點(diǎn)可以概括為全且亮，還有高偏振、窄脈沖、高準(zhǔn)直等其他優(yōu)點(diǎn)。

“在醫(yī)院拍攝X光、拍CT用的常規(guī)光源，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是單光譜且亮度不夠。”謝治告訴科技日?qǐng)?bào)記者，當(dāng)探測(cè)微觀世界時(shí)，光就成了我們的尺子，而刻度就是光的波長(zhǎng)。

“同步輻射的優(yōu)勢(shì)，不僅全光譜而且可以簡(jiǎn)單分離出其中任意波長(zhǎng)的光，可以針對(duì)不同尺寸的對(duì)象選用不同尺寸的光來(lái)研究。高亮度意味著我們能更快看清微觀世界的信息?！敝x治說(shuō)，亮度不夠主要是針對(duì)探測(cè)微觀世界時(shí)的需求。正如夜間在家找東西，最簡(jiǎn)單方法就是打開(kāi)家中最亮的燈，讓眼前一目了然，從科學(xué)意義上講，就是更多的光子被你的眼睛接受，讓大腦更快對(duì)周邊所有情況有所了解。

“而同步輻射就是我們探測(cè)微觀世界時(shí)那盞最明亮的燈，到微觀世界后，尺寸只有宏觀物體的千分之一到百萬(wàn)分之一，要確保足夠光子打到上面并散射衍射再被探測(cè)器探測(cè)到，如果沒(méi)有足夠的亮度（光子數(shù)），我們就需要足夠的時(shí)間?！敝x治說(shuō)。

各代光源亮度逐步升級(jí)

“各代光源最主要的差別，就體現(xiàn)在亮度上。而這一步步的升級(jí)，就是一級(jí)級(jí)更高層次的科研平臺(tái)，和奧運(yùn)追求一樣：更高，更快，更強(qiáng)?！敝袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室主任陸亞林介紹，截至目前，已經(jīng)有美國(guó)、日本、韓國(guó)等在建造第四代同步輻射加速器。而我國(guó)已經(jīng)正在運(yùn)行的同步輻射光源有四個(gè)，分別是北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室、上海光源以及坐落于臺(tái)灣新竹的同步輻射裝置。

北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)被稱為一代光源，合肥國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室被稱為二代光源，上海光源被稱為三代光源。正在籌建的“合肥先進(jìn)光源”就是四代光源。其中升級(jí)的一個(gè)主要性能就是亮度，到目前為止，同步輻射仍是對(duì)微觀世界研究的最有效且系統(tǒng)的工具，沒(méi)有之一。

“不僅合肥要建，北京、上海等地也都要建。”陸亞林進(jìn)一步介紹，“合肥光源”的特點(diǎn)是在低能端（小于2Gev），而北京、上海將主要覆蓋中、高能端。

將清晰進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)研究

“國(guó)外科學(xué)家曾利用X射線熒光成像技術(shù)，僅用兩天時(shí)間測(cè)量汞、銻、鉛等元素在梵高油畫(huà)中的分布，從而重構(gòu)出底層畫(huà)像，最后發(fā)現(xiàn)，原畫(huà)是如草坪這樣的印象派畫(huà)作，但是實(shí)際上里面有一張人臉的畫(huà)，只是被油彩再次覆蓋。”“古代石碑上的文字已模糊不好辨認(rèn)，但是在同步輻射光照射下，卻清晰顯現(xiàn)了?！敝x治教授說(shuō)起同步輻射的應(yīng)用如數(shù)家珍。

現(xiàn)在醫(yī)院拍一個(gè)CT常需要十幾到幾十分鐘，出片還要再等幾十分鐘，而利用同步輻射只需要幾秒延遲，便可以瞬時(shí)成像，骨骼、血管、肌腱都清晰可見(jiàn)，一旦成功乃至推廣開(kāi)來(lái)，可在手術(shù)過(guò)程中同步看清患者整個(gè)身體骨骼肌肉的各種情況，確保全視野無(wú)死角。

謝治告訴記者，人類基因組計(jì)劃的結(jié)構(gòu)解析，絕大部分工作都是在同步輻射裝置上完成的。

“第四代光源將繼續(xù)在實(shí)現(xiàn)亮度提高上做文章，比現(xiàn)在亮度提高一百倍，理論上，測(cè)得同樣的信號(hào)，測(cè)試時(shí)間可以縮短為原來(lái)的百分之一?！敝x治說(shuō)，在這種技術(shù)支持下，將清晰地進(jìn)行納米級(jí)別的結(jié)構(gòu)研究，很有可能直接觀測(cè)到電荷的運(yùn)動(dòng)，有望揭開(kāi)超導(dǎo)以及超流動(dòng)性的秘密。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。