合肥先進光源：探索微觀世界的最亮“慧眼”

作為我國籌劃建設(shè)的國際最先進低能區(qū)第四代同步輻射光源，“合肥先進光源”的設(shè)計方案和性能指標(biāo)近日受到國際評審會專家組的高度評價。

正在籌劃建設(shè)的“合肥先進光源”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。依托先進光源，將擴展建設(shè)先進的低能區(qū)自由電子激光裝置以及世界唯一的太赫茲儲存環(huán)光源，從而共同構(gòu)成“合肥先進光源”集群，成為國際上在低能區(qū)最領(lǐng)先的光源中心，面向國內(nèi)外科學(xué)家開放，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。

低能區(qū)全世界亮度最高

“同步輻射和同步這個詞的關(guān)系不大，只是它最初是在通用電器的一個同步加速器上被發(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。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室謝治教授介紹，同步輻射是一種全頻譜，包含紅外線、可見光、紫外線和X射線全光譜的光，這種光最突出的優(yōu)點可以概括為全且亮，還有高偏振、窄脈沖、高準(zhǔn)直等其他優(yōu)點。

“在醫(yī)院拍攝X光、拍CT用的常規(guī)光源，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是單光譜且亮度不夠?！敝x治告訴科技日報記者，當(dāng)探測微觀世界時，光就成了我們的尺子，而刻度就是光的波長。

“同步輻射的優(yōu)勢，不僅全光譜而且可以簡單分離出其中任意波長的光，可以針對不同尺寸的對象選用不同尺寸的光來研究。高亮度意味著我們能更快看清微觀世界的信息?！敝x治說，亮度不夠主要是針對探測微觀世界時的需求。正如夜間在家找東西，最簡單方法就是打開家中最亮的燈，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，讓大腦更快對周邊所有情況有所了解。

“而同步輻射就是我們探測微觀世界時那盞最明亮的燈，到微觀世界后，尺寸只有宏觀物體的千分之一到百萬分之一，要確保足夠光子打到上面并散射衍射再被探測器探測到，如果沒有足夠的亮度（光子數(shù)），我們就需要足夠的時間?！敝x治說。

各代光源亮度逐步升級

“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，就是一級級更高層次的科研平臺，和奧運追求一樣：更高，更快，更強。”中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)國家同步輻射實驗室主任陸亞林介紹，截至目前，已經(jīng)有美國、日本、韓國等在建造第四代同步輻射加速器。而我國已經(jīng)正在運行的同步輻射光源有四個，分別是北京正負電子對撞機、合肥國家同步輻射實驗室、上海光源以及坐落于臺灣新竹的同步輻射裝置。

北京正負電子對撞機被稱為一代光源，合肥國家同步輻射實驗室被稱為二代光源，上海光源被稱為三代光源。正在籌建的“合肥先進光源”就是四代光源。其中升級的一個主要性能就是亮度，到目前為止，同步輻射仍是對微觀世界研究的最有效且系統(tǒng)的工具，沒有之一。

“不僅合肥要建，北京、上海等地也都要建。”陸亞林進一步介紹，“合肥光源”的特點是在低能端（小于2Gev），而北京、上海將主要覆蓋中、高能端。

將清晰進行納米結(jié)構(gòu)研究

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

現(xiàn)在醫(yī)院拍一個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，便可以瞬時成像，骨骼、血管、肌腱都清晰可見，一旦成功乃至推廣開來，可在手術(shù)過程中同步看清患者整個身體骨骼肌肉的各種情況，確保全視野無死角。

謝治告訴記者，人類基因組計劃的結(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，測得同樣的信號，測試時間可以縮短為原來的百分之一。”謝治說，在這種技術(shù)支持下，將清晰地進行納米級別的結(jié)構(gòu)研究，很有可能直接觀測到電荷的運動，有望揭開超導(dǎo)以及超流動性的秘密。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。