能給螞蚱觸角拍X光片 精度要求高過衛(wèi)星發(fā)射

與外界的喧囂相比，在上海浦東張江高科技園區(qū)，一個看似“鸚鵡螺”的大型建筑的周圍卻格外寧靜。門口寬闊簇新的柏油馬路上，甚至看不到一輛大型汽車——因為哪怕振幅超過0.3微米的輕微震動，都會使當時正在進行的試驗泡湯。 

1月19日，這個學名為上海同步輻射光源（簡稱“上海光源”）的神秘裝置撩開面紗，正式通過國家驗收并向國內(nèi)外開放。這是我國迄今為止大的大科學工程，也是僅次于日本SPING－8、美國APS、歐洲ESRF，電子束能量居世界第四位的第三代同步輻射光源。 

國家發(fā)改委副主任張曉強在驗收會上激情澎湃——這個國際上先進的同步輻射裝置的建設，標志著我國重大科技基礎設施建設邁入了新的發(fā)展階段，伴隨上海光源等工程，我國也拉開了“十一五”階段大規(guī)模科技建設的序幕。 

歷史上曾先后出現(xiàn)過3次對人類文明起到革命性推動作用的新光源。次是電光源，它消滅了白天與黑夜的差別；第二次是X光源，人類可以通過它觀察到肉眼看不到的物體的內(nèi)部和微觀領域；第三次是激光光源，它在工業(yè)、通訊、信息、國防、醫(yī)療和科研等極為廣闊的領域中發(fā)揮重要作用。 

這個被科學界譽為帶來第四次革命的同步輻射光源，是一縷怎樣的神奇之光，又將照亮哪些前所未有的世界？ 

能給螞蚱的觸角拍X光片 

過去幾年里，中科院上海藥物所沈旭研究員天天盼著“上海光源”正式開放。 

使用上海光源，他研究晶體結構的效率提高了數(shù)十倍，“以前用普通X光衍射，要做幾天的工作，現(xiàn)在只需要20分鐘左右的時間，一些以前根本不可能看到的藥物與靶標的相互作用現(xiàn)在也一覽無余。” 

15年前提議建設“上海光源”的中科院院士楊福家的描繪則更為形象：“這座光束線站，若為一只活體螞蚱拍X光照片，包括螞蚱觸角里面的微細管道、呼吸器官等都可一覽無余，這是傳統(tǒng)X光機無法辦到的。” 

“上海光源給國內(nèi)結構生物學帶來了跨時代的飛躍！”沈旭研究員說，以前所里只有自己一個人做這一領域的研究，因為有了這一平臺，近半年，先后有4位海外專家投奔而來，甚至一些以前不是做這方面研究的科學家也對此產(chǎn)生了濃厚興趣。實現(xiàn)跨時代飛躍的絕不僅僅是沈旭的學科。 

“上海光源”甫一運行，科研單位的課題申請像雪片一樣飛來。追逐著這縷世界同步輻射領域聲名鵲起的“神奇之光”，科技界掀起了新一波科學研究的熱潮。 

“上海光源”目前對國內(nèi)外科研用戶正式開放的光束線共有7條。7束光各配套一座實驗站，供課題單位及專家們進行科學實驗。目前“上海光源”執(zhí)行了101個科研院所和大學的用戶課題432個，涵蓋生命科學、材料科學、環(huán)境科學等十幾個學科。 

“就像一臺可供多用戶使用的超級顯微鏡”，“上海光源”束線工程部主任肖體喬說，“上海光源”發(fā)出的從遠紅外到硬X射線的不同波長的電磁波，與可見光相比，這些“看不見的光”波長更短，能量更高。光照射到樣品上時，會產(chǎn)生衍射、散射、折射、透射、吸收等現(xiàn)象，與物體相互作用可以激發(fā)產(chǎn)生熒光和光電子，引起物體的激發(fā)、電離和碎裂等現(xiàn)象?？茖W家正是借助于這些現(xiàn)象探索未知的世界。 

肖體喬介紹，我國在此之前已經(jīng)有了代光源北京譜儀，是寄生于北京正負電子對撞機的兼用機；合肥國家同步輻射實驗室屬于第二代光源，是基于同步輻射專用儲存環(huán)的專用機。 

“上海光源”與代和第二代同步輻射光源相比，性能有了量級的提高。以亮度為例，“上海光源”的光亮度提高了1600倍。亮度的提高帶來速度的提升，原來需要幾天才能得出的實驗結果，現(xiàn)在可能只需要幾小時甚至幾分鐘。 

“以生命科學為例，生命科學已進入后基因組時代，蛋白質(zhì)科學已成為各發(fā)達國家競相搶占的制高點。而以蛋白質(zhì)結構和功能研究為主要目標的結構基因組學研究，其中80％以上的工作需要在第三代同步輻射光源上進行，所以‘上海光源’將成為我國生命科學前沿研究不可或缺的大科學設施。” 

這還只是“小試牛刀”的一期工程。據(jù)專家估計，整個“上海光源”總共能建約60條光束線，每條線上可建1~2個實驗站，“每條光束線的投資，相當于一個重點實驗室的規(guī)模”。 

“可以想象，今后在這個鸚鵡螺里，將誕生多少令世人驚嘆的科學奇跡！”驗收會上，一位科學家無限感慨。 

精度要求高過衛(wèi)星發(fā)射 照亮科學工程自主創(chuàng)新之路 

“上海光源”究竟有多難造？ 

據(jù)中科院上海應用物理研究所李浩虎博士介紹，其實“上海光源”的工作原理，有點像微觀層面的“發(fā)射衛(wèi)星”——就是要通過施加外力，讓電子在一個個指定軌道上運行，其精度要求，比發(fā)射衛(wèi)星還要高很多倍。 

“為保持光束流的高度穩(wěn)定，光源軌道的垂直穩(wěn)定度須控制在1微米以內(nèi)。”李浩虎博士說，這其中，各種干擾因素實在不少：施工的地基會有不均勻的沉降，儲存環(huán)隧道和實驗大廳的地板會扭曲和變形，儲存環(huán)隧道內(nèi)空氣的溫度甚至冷卻水的溫度都在變化，還有各種意料之中或意料之外的振動源…… 

“任何一個細節(jié)出問題，都無法保證實現(xiàn)這個‘1微米以內(nèi)’的目標。” 

為了確保設備安裝不出現(xiàn)絲毫偏差，承擔工程建設的中國科學院上海應用物理所的技術人員分成不同班組，從早8點到晚5點，從晚5點到早8點，24小時都能在工程現(xiàn)場見到他們。 

即便在嚴格控制的25℃恒定室溫下，這些專家有時還是會憋出一身汗；一位工藝員因為每天要繞著432米的儲存環(huán)安裝現(xiàn)場走上10多圈，一年半內(nèi)走破了十雙鞋子。 

還有，10萬多個信號點，沒有接錯一根電纜；國際上通常要2~3個月完成的工程環(huán)節(jié)，“上海光源”只用了兩個星期……在專家測試中，國內(nèi)外同行一致認為“建設質(zhì)量達世界”。 

高難度的大科學工程拉升了我國自主創(chuàng)新水平。國家驗收統(tǒng)計，這個我國大的大科學工程自主研制的設備超過70%，有力地推動了國內(nèi)相關高技術領域的發(fā)展，在國際上同類第三代同步輻射光源中性價比好，“照亮了我國科技自主創(chuàng)新之路。” 

一個故事讓人印象深刻。 

2006年年底，“上海光源”工程經(jīng)理部通過全球招標，將國內(nèi)沒有的一份組件——上海光源的主要發(fā)光部件真空內(nèi)波蕩器訂單下給了國外一家公司定于2008年年中交貨。這年2月，意外發(fā)生，外方提出延遲到今年6月以后才能交貨，而整個上海光源工程按計劃應在2009年4月就完成！ 

逼上梁山。面對這個近十年來世界上發(fā)展起來的先進的光源技術之一，研制組決定自主研發(fā)，從設計圖紙、確定磁鐵塊組裝方案、試制模型和小段樣機，每一步都要經(jīng)過嚴格審核，2009年大年初三，我國自主研發(fā)的臺真空內(nèi)波蕩器宣告誕生。