新華社上海6月28日電? 題: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
新華社記者王琳琳、何欣榮
人類來(lái)到世界,睜開(kāi)眼睛看到的第一樣事物,就是光。光是我們認(rèn)識(shí)這個(gè)世界的基礎(chǔ)。從紅外、可見(jiàn)光、紫外、軟X射線、硬X射線到伽馬射線……每個(gè)人、每一天,都在和不同的光打交道。
國(guó)家大科學(xué)裝置上海光源是上海張江國(guó)家科學(xué)中心的“老大哥”。開(kāi)放8年來(lái),這臺(tái)“超級(jí)顯微鏡”,以光為媒,持續(xù)升級(jí):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與活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像平臺(tái)去年底開(kāi)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(gè)觸及世界前沿的“中國(guó)光谷”已然雛形初現(xiàn)。
從“分子照片”時(shí)代進(jìn)入“分子電影”時(shí)代
上海光源,是全球頂級(jí)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(tái)加速器負(fù)責(zé)“出產(chǎn)”同步輻射光。
無(wú)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(huì)沿切線方向放射出一束束不同波長(zhǎng)的高品質(zhì)同步輻射光,通過(guò)光束線最終照射在各個(gè)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(guó)家重器”要發(fā)揮引領(lǐng)作用,需要持續(xù)創(chuàng)新升級(jí)。目前,在鸚鵡螺的隔壁,我國(guó)首臺(tái)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(dòng)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(zhǎng)趙振堂說(shuō),X射線光源是研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)過(guò)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(zhǎng)度可達(dá)到飛秒量級(jí)(1秒的1000萬(wàn)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(cè)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(shuō),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?!壁w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(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ钱?dāng)前光子科學(xué)平臺(tái)發(fā)展的最新動(dòng)向,全球已有6個(gè)類似組合,分別建在德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、瑞士和意大利。
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(gè)大科學(xué)設(shè)施的支持下,我國(guó)科學(xué)家已從原來(lái)在“月亮光”下看微觀世界,走向在“太陽(yáng)光”下看微觀世界。這對(duì)推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)研究、吸引國(guó)內(nèi)外一流科研團(tuán)隊(duì)的意義作用巨大。
運(yùn)行8年來(lái),借助上海光源發(fā)出的光,2014年中國(guó)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(guó)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(cè)定了人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu),中國(guó)疾病預(yù)防控制中心高福團(tuán)隊(duì)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(gè)個(gè)碩果展示的那樣,超級(jí)X光給了科學(xué)家一雙雙慧眼?!澳媒Y(jié)構(gòu)生物學(xué)來(lái)說(shuō),原來(lái)單個(gè)課題組解析一個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),可能要幾年時(shí)間。上海光源建成后,平均解析時(shí)間降為幾個(gè)月甚至數(shù)天。目前,我國(guó)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(shuō)。
筑“巢”引鳳,搭建開(kāi)放共享科研生態(tài)圈
隨著硬件設(shè)施的持續(xù)提升,上海光源在結(jié)構(gòu)生物學(xué)、催化、凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等各前沿學(xué)科領(lǐng)域筑好“巢穴”、引“鳳”前來(lái),一個(gè)開(kāi)放共享的科研生態(tài)圈正逐漸走向成熟。
上海光源面向國(guó)內(nèi)外用戶開(kāi)放。初出茅廬的青年學(xué)者,只要通過(guò)課題申請(qǐng),一樣可以使用大科學(xué)設(shè)施。除了小部分企業(yè),90%以上的用戶是免費(fèi)使用的。
為了確保對(duì)每個(gè)課題公平,上海光源設(shè)計(jì)了一套“用戶提出申請(qǐng),用戶專家來(lái)審批”的制度規(guī)范。每個(gè)用戶專家工作組由10位左右來(lái)自不同地區(qū)、不同類型單位且與該線站學(xué)科相關(guān)的一線專家組成,負(fù)責(zé)本線站的課題評(píng)審、學(xué)科方向咨詢和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)督。清華大學(xué)教授施一公等著名科學(xué)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(shí)間用于獎(jiǎng)勵(lì)那些取得杰出成果的研究人員,以盡可能提高裝置的成果產(chǎn)出率。
和研究成果一樣,所有這些在開(kāi)放共享中積累的可復(fù)制可推廣經(jīng)驗(yàn),都將成為中國(guó)推進(jìn)科技創(chuàng)新的寶貴財(cái)富。可以預(yù)見(jiàn),未來(lái),“中國(guó)光谷”將凝聚全球力量,將這片熱土真正打造成具有國(guó)際影響力的科技創(chuàng)新中心。
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