合肥光源： 照亮未知世界的“神奇之光”

国家同步辐射实验室全景（2020年12月3日摄）记者 张大岗 摄

科研人员在国家同步辐射实验室利用质谱测量未知样品的组成（2018年7月25日摄）记者 张大岗 摄

光，是观察及研究自然最重要的工具。人类对光的探索经历了电光、X光、激光、同步辐射光等多次大跨越，其中，同步辐射光被喻为进一步探究微观世界的“眼睛”。

坐落在中国科大西区的国家同步辐射实验室，是我国第一个国家级实验室。上世纪80年代末，我国第一台专用同步辐射光源——合肥光源在这里建成，发出了中国第一束“神奇之光”，照亮了我国科学家“追光”的赛道。

照亮“科学之路”

在中国科大西区，一座状如“飞碟”的大型建筑，格外引人注目，这就是国家同步辐射实验室。走进实验室，六边形大型密闭墙体映入眼帘，长短不一的管道密布其间，各类高端机器正低鸣运转。

“同步辐射是一种强度大、亮度高、频谱连续、方向性及偏振性好、有脉冲时间结构和洁净真空环境的优异的新型光源，可应用于物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、药学、环保、医学等众多基础研究和应用研究领域，人类借助它可以探索微观世界构造等。”国家同步辐射实验室党委书记、副主任李良彬介绍说。

1984年11月，中国科大国家同步辐射实验室破土动工，建设我国第一台专用同步辐射光源，被称为“合肥光源”。1989年，合肥光源建成，并发出我国第一束“神奇之光”。

每引出一束同步辐射光，就可以照亮一个学科领域。“不同的科学门类需要不同波段的同步辐射光，需要建立不同的光束线及实验站。”李良彬告诉记者，截至目前，实验室已建成11条光束线及实验站，正在开展红外谱学和显微成像、质谱、计量、燃烧等11项科学研究。

据了解，自建成出光以来，合肥光源历经两次重要升级，为我国材料科学、凝聚态物理学、化学、能源环境科学等领域研究提供了一个优良实验平台，取得了一系列研究成果——利用合肥光源，我国首次完成探月卫星“嫦娥一号”太阳风离子探测器正机的实验标定和测试；开创一条低耗水进行煤高效转化的新途径；首次获得一批生物样品如癌变细胞的高分辨率显微图像……

经过几代科学家的持续努力，目前合肥光源的性能已经发挥到了极致，但是新的用户也提出了更高需求，更微观的世界等待光束照进。2006年起，中国科大国家同步辐射实验室把光源研究方向瞄向了衍射极限的低能区，目标是建设世界上最先进的第四代低能区光源，推动“合肥光源”向“合肥先进光源”转身。

据了解，四代光源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。“目前，‘合肥先进光源’预研的工艺验收已经完成，准备总验收和推进项目启动建设。”李良彬介绍说。

结出“产业之花”

大科学装置被认为是世界一流科研成果的“催化器”、高科技企业转型升级的“助推器”、高层次创新人才的“孵化器”。作为合肥首个建成运行的大科学装置，合肥光源运行30多年来，汇聚培养了一大批一流科学研究与技术发展人才，不仅催生了一系列科研成果，更让不少科研成果实现产业化落地。

“薄如蝉翼”的高分子膜，是制约新能源汽车、新型显示和5G通讯等战略性新兴产业发展的“卡脖子”问题。突破高性能薄膜技术壁垒，必须依靠自主基础研究。“高分子加工是一个多外场、远离平衡条件下多尺度结构快速演化的过程，目前可能只有同步辐射先进光源才能把这个过程看清楚。”李良彬告诉记者，只有先进光源帮忙看清楚薄膜加工中的结构演化，科研工作者才能想明白其中的科学技术原理和规律，再联合薄膜制造企业把产品做出来、卖得好，我们就能打破新能源汽车、新型显示等战新产业的“膜咒”。他将这一路线形象地概括为“看清楚、想明白、做出来、卖得好”。

为此，中国科大国家同步辐射实验室、化学与材料学院、工程科学学院和先进技术研究院多个学科的人才汇聚一起，联合安徽国风塑业股份有限公司组建安徽省先进功能高分子薄膜工程实验室。该实验室联合上下游合作企业，打通功能薄膜基础研究-实验室小试-中试-量产创新链，输出功能薄膜成套技术包，完成成果转化。“我们孵化成立了安徽皖维先进功能膜材料研究院有限公司，研发的PVA偏光膜基膜已经进入OLED终端用户。”李良彬说。

大口径高阈值光栅是高端激光器、光刻机等设备的核心器件。进口大口径高阈值光栅采购周期长，一直制约着国内科学研究和产品应用。依托国家同步辐射实验室光源相关技术的积累，中国科大牵头联合国内多家顶尖高校成立的大光栅研究团队，正在进行大口径光栅关键核心技术攻关。

据悉，目前，该团队已掌握大口径高阈值衍射光栅制作的核心技术，研发完成的一系列光栅元件，在尺度、衍射效率以及光栅阈值上都达到国际先进水平。通过积极推动企业、资本、科技融合，这个从大科学装置诞生的成果正在加速走向市场，实现产业化落地，从根本上解决国内大光栅光学元器件的需求。

“通过推动大光栅成果转化，2020年10月，我们以知识产权作价入股方式成立了安徽中科光栅科技有限公司，总投入7000万元，落地肥东县，加快了光栅的研发，提高光栅批量供货能力，预计年产量可以达到600块。”项目有关负责人介绍说。

无论是建设世界上最先进的第四代光源，还是促进更多科技成果转化，国家同步辐射实验室的“光源梦”正在“科里科气”的合肥闪耀着灿烂的光。

·本报记者 葛清政·

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