他們是“追光者”

1970年1月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)（以下簡稱中國科大）南遷合肥，開始了“二次創(chuàng)業(yè)”。55年來，中國科大與合肥市“心手相牽”，助力城市科創(chuàng)發(fā)展。20世紀(jì)80年代建成的我國第一個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室——國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，就是代表之一。

籌建實(shí)驗(yàn)室探尋“神奇之光”

中國科大西區(qū)有一幢飛碟狀的巨大建筑物，這就是國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，它是合肥綜合性國家科學(xué)中心的主要標(biāo)志之一。從空中俯瞰，它像一只“慧眼”，幫助人們探尋微觀世界的諸多奧秘。

說到國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，大家可能最先想知道什么是同步輻射。同步輻射，是一種和光一樣的電磁波，是高速帶電粒子曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)沿切線方向發(fā)出的電磁輻射?？茖W(xué)界把產(chǎn)生和利用同步輻射光的科學(xué)裝置稱為同步輻射光源。同步輻射光源比傳統(tǒng)光源亮一億多倍，并且波長的覆蓋范圍更大，概言之就是一種強(qiáng)度大、亮度高、頻譜連續(xù)、方向性及偏振性好、有脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)和潔凈真空環(huán)境的優(yōu)異的新型光源，可應(yīng)用于物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、信息科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境保護(hù)和超微細(xì)加工等眾多基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究領(lǐng)域，幫助科學(xué)家高效探測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。

基于以上這些優(yōu)點(diǎn)，同步輻射光源就被科學(xué)界譽(yù)為“神奇之光”，成為各國搶占引領(lǐng)未來科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。因此，自20世紀(jì)70年代以來，各國興起了建造同步輻射實(shí)驗(yàn)室探尋光源的浪潮，而研究同步輻射光源的科學(xué)家們則被形象地稱為“追光者”。

中國的第一束“神奇之光”是從中國科大、從合肥發(fā)出的。

為縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距，實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)，中國科大在國內(nèi)率先提出了建設(shè)同步輻射加速器的構(gòu)想。在1977年底的全國自然科學(xué)學(xué)科規(guī)劃會(huì)議上，中國科大提出建造同步輻射加速器的建議。1978年春，中科院批準(zhǔn)同意在合肥建設(shè)電子同步輻射加速器預(yù)研項(xiàng)目，并成立籌備組。1983年4月8日，國家計(jì)劃委員會(huì)正式批準(zhǔn)建設(shè)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室。

“在合肥中國科技大學(xué)籌建國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室，建造一臺(tái)能量為8億電子伏、平均束流強(qiáng)度為100—300毫安的電子同步輻射加速器及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備?！边@份《關(guān)于建設(shè)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的復(fù)函》中寫道，“……第一步先引用真空紫外和軟X射線兩條光束線，在應(yīng)用試驗(yàn)具備一定基礎(chǔ)后，再陸續(xù)把15條光束線都開發(fā)利用起來?！痹搹?fù)函將一開始提出的“合肥同步輻射加速器”改名為“國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室”，并特地說明這是我國第一個(gè)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室。

歷經(jīng)艱辛、樂在其中的“追光者”

據(jù)檔案記載，自1978年2月中科院批準(zhǔn)中國科大開展同步輻射加速器預(yù)研后，一支只有20多人、平均年齡不到35歲的年輕隊(duì)伍，開始了實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)征程，成為中國首批“追光者”。他們中包括時(shí)任中國科大副校長包忠謀及中國科大近代物理系的何多慧、裴元吉、金玉明、張武等多位教師。

同步輻射裝置涉及粒子物理、微波、高頻、真空、精密機(jī)械、輻射防護(hù)等學(xué)科專業(yè)以及調(diào)制器、加速管、輸運(yùn)線、光束線、實(shí)驗(yàn)站等系統(tǒng)，是高度復(fù)雜的大型高科技裝置。20世紀(jì)70年代末，我國工業(yè)基礎(chǔ)比較落后，建設(shè)國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的一切都要靠自己摸索、研究，困難可想而知。

據(jù)實(shí)驗(yàn)室一期工程總工程師何多慧等人回憶，他們每天深夜回去休息時(shí)，電話就放在耳邊，萬一有事就立刻跑到現(xiàn)場(chǎng)；實(shí)驗(yàn)室副總工程師裴元吉與技術(shù)人員連續(xù)半年每天工作到深夜；有的技術(shù)人員干脆抱來被子住在現(xiàn)場(chǎng)參加調(diào)試，就是為了直線加速器早日出束；還有人在貴州深山溝里連續(xù)駐廠幾個(gè)月試制模型。實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，成功研制出世界上第一塊尺寸達(dá)到1420mm×420mm×150mm脈沖壓縮光柵，打破了美國對(duì)我國大尺寸高精度光柵研制的封鎖……

加速管是直線加速器的核心部件，鑒于當(dāng)時(shí)我國還沒有單位具備制造和加工該部件的能力，從美國買一根3米長的舊加速管價(jià)格高達(dá)8萬美元，于是實(shí)驗(yàn)室決定自力更生自己制造。在中國科大相關(guān)部門的協(xié)助下，從購買超精密車床、建恒溫車間到自主設(shè)計(jì)、加工，科學(xué)家們最終制造出了直線加速器的核心部件——加速管。

實(shí)驗(yàn)室一期工程辦公室主任胡勝生對(duì)制造加速管過程中的一件事記憶猶新。加速管的加工是在中國科大的東區(qū)，安裝卻在西區(qū)，中間要穿越金寨路。因?yàn)榧铀俟軐?duì)運(yùn)輸要求很高，不能有一點(diǎn)震動(dòng)，但當(dāng)時(shí)又沒有專門的運(yùn)輸設(shè)備，于是工作人員想出了一個(gè)“土辦法”——在平板車下面墊兩個(gè)充滿氣的輪胎，等到深夜馬路上車較少時(shí)，由一位經(jīng)驗(yàn)豐富的老司機(jī)緩慢小心地運(yùn)過去，然后大家用肩扛進(jìn)安裝地點(diǎn)安裝?！艾F(xiàn)在看這個(gè)方法的確土，但當(dāng)時(shí)卻幫我們解決了大難題。記得當(dāng)時(shí)每做成一件事、每調(diào)好一個(gè)設(shè)備，大家都感到特別興奮，覺得樂在其中?！?/p>

通過幾年預(yù)研，實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了中國加速器界的4個(gè)第一：建成了30MeV我國當(dāng)時(shí)最高能量的電子直線加速器、國內(nèi)第一塊超高精度大型彎轉(zhuǎn)磁鐵、第一塊聚焦四極磁鐵，以及一段近儲(chǔ)存環(huán)十分之一超高真空系統(tǒng)。與此同時(shí)，還完成了800MeV同步輻射加速器物理設(shè)計(jì)。

1984年11月20日，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室舉行了建設(shè)奠基儀式。時(shí)任中央書記處書記的胡啟立和國家部委、省市領(lǐng)導(dǎo)200多人出席了奠基典禮。著名科學(xué)家、中國科大第二任校長嚴(yán)濟(jì)慈親臨合肥，為工程題寫奠基石銘文并為工程開工挖土；聶榮臻元帥發(fā)來親筆簽名的賀信。

最激動(dòng)人心的時(shí)刻還是在1989年4月26日，這一天，實(shí)驗(yàn)室僅用了23小時(shí)，便完成從第一次向儲(chǔ)存環(huán)注入電子束流到獲得儲(chǔ)存束流，產(chǎn)生了很強(qiáng)的同步輻射光源，這標(biāo)志著“合肥光源”出光了，也宣告了國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室建成運(yùn)營。而在此之前，世界上所有的同步輻射加速器調(diào)試出光所用時(shí)間都超過48小時(shí)，我國創(chuàng)造了世界同步輻射加速器調(diào)試出光最快紀(jì)錄。

更值得驕傲的是，創(chuàng)造這一紀(jì)錄的同步輻射加速器，95%以上部件都是我國自主研制的。這一成果在1991年迎來“大考”——國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目通過國家驗(yàn)收，被鑒定為已達(dá)到國際同類裝置先進(jìn)水平。這讓當(dāng)時(shí)不少外國科學(xué)家連連驚嘆！

“合肥光源”精神的美麗綻放

國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室到底有多厲害呢？據(jù)檔案記載，實(shí)驗(yàn)室一期工程建造的我國第一臺(tái)專用同步輻射裝置“合肥同步輻射加速器及光束線實(shí)驗(yàn)站”項(xiàng)目獲得1992年中科院科技進(jìn)步獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)和1995年國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。1998—2004年，實(shí)驗(yàn)室實(shí)施了二期工程建設(shè)，增建8條光束線、實(shí)驗(yàn)站，自行研制了我國第一臺(tái)插入元件，首次引進(jìn)了當(dāng)時(shí)國際最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)物理和工業(yè)控制系統(tǒng)，成功運(yùn)行并推廣至國內(nèi)大科學(xué)工程。2006年起，實(shí)驗(yàn)室開始新一輪重大升級(jí)改造，建成了世界上最先進(jìn)的二代光源……目前，“合肥光源”的運(yùn)行開放達(dá)到國際同類裝置的先進(jìn)水平，每年運(yùn)行時(shí)間超過7000小時(shí)，開機(jī)率優(yōu)于99%，為國內(nèi)外科學(xué)工作者提供40000小時(shí)以上的優(yōu)質(zhì)機(jī)時(shí)。在2021年中國共產(chǎn)黨百年華誕之際，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室被中宣部列為全國愛國主義教育示范基地。

自20世紀(jì)90年代以來，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室在長期的運(yùn)行開放中，支撐科學(xué)家們解決了先進(jìn)功能材料、能源與環(huán)境、生命科學(xué)等領(lǐng)域的一系列重要的科學(xué)問題，在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》《自然》上皆有重要研究成果發(fā)表。此外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒、煤化工能源轉(zhuǎn)化、先進(jìn)薄膜材料研制、大光柵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)探測(cè)器定標(biāo)與傳遞等國家重大戰(zhàn)略需求領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究工作，成果多次獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)、“中國科學(xué)十大進(jìn)展”等重要獎(jiǎng)項(xiàng)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室在集聚多學(xué)科、優(yōu)秀科學(xué)家、創(chuàng)新群體、高新產(chǎn)業(yè)研發(fā)，為“大國重器”的研制培養(yǎng)大批復(fù)合型人才方面，作出了重要貢獻(xiàn)。

更值得一提的是，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室第一代建設(shè)者勇?lián)鷩抑厝?，憑著一股不負(fù)韶華、不負(fù)使命的勁頭從零開始，一代又一代“追光者”攻堅(jiān)克難，接續(xù)奮斗，只為實(shí)現(xiàn)我國的“光源夢(mèng)”，他們自立自強(qiáng)、拼搏奉獻(xiàn)、追求卓越，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)歷史。

持續(xù)發(fā)展中追求極致之美

2006年11月，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)“合肥先進(jìn)光源”規(guī)劃研討；2009年12月15日，由中科院和中國科大共同投資的“合肥光源重大升級(jí)改造項(xiàng)目”立項(xiàng)；2023年6月7日，國家發(fā)展改革委批復(fù)“合肥先進(jìn)光源”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)概算；2023年9月20日，“合肥先進(jìn)光源”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目啟動(dòng)……

經(jīng)過一代又一代科學(xué)家的持續(xù)努力，“合肥光源”的性能已經(jīng)發(fā)揮到了極致，時(shí)代的發(fā)展也對(duì)科學(xué)研究提出了更高要求，需要探尋更先進(jìn)的光束。因此，自2006年開始，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室把光源研究方向瞄向了衍射極限的低能區(qū)，即由“合肥光源”向“合肥先進(jìn)光源”挺進(jìn)，建設(shè)亞洲首個(gè)第四代低能區(qū)光源。

第四代光源，在亮度和相干性方面有了巨大提升，把X射線對(duì)各學(xué)科研究的支撐能力提升到一個(gè)前所未有的高度，可以更清楚地看清微觀世界。它的目標(biāo)是形成先進(jìn)光源集群，助力國家科技戰(zhàn)略布局。

對(duì)此，國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家為我們做了更直觀的解釋，正在建設(shè)的“合肥先進(jìn)光源”，能夠以納米級(jí)的高分辨直接觀測(cè)復(fù)雜的不均勻體系中的電子、自旋、化學(xué)狀態(tài)和輕元素體系的結(jié)構(gòu)，有望揭開高溫超導(dǎo)電性的秘密，幫助我們研發(fā)更安全、更高容量的動(dòng)力電池和更高性能的催化劑，極大提高航空輪胎橡膠和高強(qiáng)度碳纖維等輕元素復(fù)合材料的研發(fā)效率，甚至能幫助揭開困擾人們多年的阿爾茨海默癥病理……

人類有了光，才照亮了文明發(fā)展的漫漫長路。在一代又一代“追光者”的努力下，“合肥先進(jìn)光源”這一美麗的“神奇之光”，必將成為科學(xué)研究的“利器”和產(chǎn)業(yè)步入新車道的“助推器”，助力合肥及長三角科技研發(fā)一體化發(fā)展，服務(wù)國家科技戰(zhàn)略布局。

（責(zé)任編輯：陳劍鋒）