人類來到世界，睜開眼睛看到的第一樣事物，就是光。光是我們認(rèn)識這個(gè)世界的基礎(chǔ)。從紅外、可見光、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。
筑“巢”引鳳，搭建開放共享科研生態(tài)圈
國家大科學(xué)裝置上海光源是上海張江國家科學(xué)中心的“老大哥”。開放8年來，這臺“超級顯微鏡”，以光為媒，持續(xù)升級：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)與功能成像平臺去年底開工建設(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臺加速器負(fù)責(zé)“出產(chǎn)”同步輻射光。
無數(shù)電子以近乎光速晝夜不停地高速旋轉(zhuǎn)。每每轉(zhuǎn)彎，就會沿切線方向放射出一束束不同波長的高品質(zhì)同步輻射光，通過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。
“國家重器”要發(fā)揮引領(lǐng)作用，需要持續(xù)創(chuàng)新升級。目前，在鸚鵡螺的隔壁，我國首臺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)用物理研究所所長趙振堂說，Ｘ射線光源是研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其動態(tài)過程的工具，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；脈沖長度可達(dá)到飛秒量級（1秒的1000萬億分之一），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，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。”趙振堂介紹，“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)平臺發(fā)展的最新動向，全球已有６個(gè)類似組合，分別建在德國、美國、日本、韓國、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，我國科學(xué)家已從原來在“月亮光”下看微觀世界，走向在“太陽光”下看微觀世界。這對推動基礎(chǔ)科學(xué)研究、吸引國內(nèi)外一流科研團(tuán)隊(duì)的意義作用巨大。
運(yùn)行８年來，借助上海光源發(fā)出的光，2014年中國科學(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定了人源葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)，中國疾病預(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Ｘ光給了科學(xué)家一雙雙慧眼。“拿結(jié)構(gòu)生物學(xué)來說，原來單個(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。
筑“巢”引鳳，搭建開放共享科研生態(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，一個(gè)開放共享的科研生態(tài)圈正逐漸走向成熟。
上海光源面向國內(nèi)外用戶開放。初出茅廬的青年學(xué)者，只要通過課題申請，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。
為了確保對每個(gè)課題公平，上海光源設(shè)計(jì)了一套“用戶提出申請，用戶專家來審批”的制度規(guī)范。每個(gè)用戶專家工作組由10位左右來自不同地區(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，所有這些在開放共享中積累的可復(fù)制可推廣經(jīng)驗(yàn)，都將成為中國推進(jìn)科技創(chuàng)新的寶貴財(cái)富。可以預(yù)見，未來，“中國光谷”將凝聚全球力量，將這片熱土真正打造成具有國際影響力的科技創(chuàng)新中心。
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