上海光源助力科學(xué)家探索微觀世界

給科學(xué)家一雙慧眼

——上海光源助力科學(xué)家探索微觀世界

國家大科學(xué)裝置上海光源是上海張江國家科學(xué)中心的“老大哥”。開放8年來，這臺“超級顯微鏡”，以光為媒，持續(xù)升級：上海光源二期擴(kuò)容工程、軟Ｘ射線自由電子激光用戶裝置去年底開工建設(shè)，Ｘ射線自由電子激光試驗(yàn)裝置正在出光調(diào)試。在這片科技創(chuàng)新的高地，一個觸及世界前沿的“中國光谷”雛形初現(xiàn)。

從“分子照片”時代

進(jìn)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(xué)裝置，外形酷似巨大的“鸚鵡螺”。圓形的“螺殼”內(nèi)，3臺加速器負(fù)責(zé)“出產(chǎn)”同步輻射光。

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

“國家重器”要發(fā)揮引領(lǐng)作用，需要持續(xù)創(chuàng)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(yàn)裝置正在出光調(diào)試。在此基礎(chǔ)上，還將動工建設(shè)軟Ｘ射線自由電子激光用戶裝置，并于2019年正式投入使用。

中科院上海應(yīng)用物理研究所所長趙振堂說，Ｘ射線光源是研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其動態(tài)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；脈沖長度可達(dá)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；相干性更好。它可以觀測到物質(zhì)內(nèi)部更復(fù)雜或更快的現(xiàn)象與變化規(guī)律。

“形象地說，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沖則可以給分子‘拍電影’，極大提高了科學(xué)家洞悉物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力。”趙振堂說。

讓科學(xué)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(xué)設(shè)施的支持下，我國科學(xué)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(chǔ)科學(xué)研究、吸引國內(nèi)外一流科研團(tuán)隊的作用巨大。

運(yùn)行８年來，借助上海光源發(fā)出的光，2014年中國科學(xué)院院士包信和在天然氣直接轉(zhuǎn)化利用研究中取得重大突破，并入選當(dāng)年的“中國科學(xué)十大進(jìn)展”。清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院顏寧研究組首次測定了人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)，中國疾病預(yù)防控制中心高福團(tuán)隊揭示出禽流感、埃博拉等多種流行病毒感染機(jī)制，中科院物理所丁洪課題組發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子……

像一個個碩果展示的那樣，超級Ｘ光給了科學(xué)家一雙雙慧眼。“拿結(jié)構(gòu)生物學(xué)來說，原來單個課題組解析一個蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，可能要幾年時間。上海光源建成后，平均解析時間降為幾個月甚至數(shù)天。目前，我國研究人員利用上海光源一年解析的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)量，是以前幾十年的總和。”上海光源中心副主任何建華說。                  （據(jù)新華社）