我国用户最多的大科学装置 上海光源十年如何炼成?

韩庆

2019年05月07日11:29  来源:人民网-上海频道
 

中国大陆第一台中能第三代同步辐射光源!

我国目前用户最多的大科学装置和公共实验平台!

十年前,Nature曾专门撰文,它的建成标志着中国加入世界级同步辐射俱乐部;十年后,累计提供实验机时超过34万小时,执行通过专家评审课题近13000个;十年后,重要研究成果涵盖生命科学、凝聚态物理、化学、材料、能源、环境、地质、考古等学科领域……

浦东张江高科技园内形似鹦鹉螺的建筑里,藏着一道神奇的强光——2019年5月6日,上海光源(SSRF)开放整整满十年!

光是什么?光是手段是探针,更可以是科学研究的工具和武器!大科学装置是实现重要科学技术目标的大型设施。建立科技基础条件平台是国家创新体系建设中的重要内容,大科学装置则是国家科技基础条件平台重要组成部分。

2004年12月25日上海光源开工建设,2009年4月29日竣工,5月6日正式对用户开放,首批建成7条光束线站,2015年-2018年期间,“梦之线”、蛋白质设施5线6站、SiP·ME2研究平台等陆续建成。目前,共有15条光束线19个实验站开放运行,总体性能位居国际先进水平。

跨学科、综合性、多功能的大科学研究平台

“一个月两次,每次申请两个小时实验时间,主要是分析小分子药物和一些抗体药物,在同步辐射X光的照射下,看药物分子和蛋白质之间如何相互作用。”5月6日,上海睿智化学研究有限公司负责生物结构的刘敬贤带着团队正在线站上紧张的记录数据。

刘敬贤介绍,从上海光源开放以来,专门做前期药物研发的公司就与上海光源合作。之前,他们都是去澳大利亚做分析,携带液氧罐光运费一趟就要花费1500-3000美金,还不加另外实验费用;如今,公司距离上海光源仅3公里,“家门口”方便得很。

十年来,公司设计小分子药物累计也不下几百种,节省下来的成本有多少?算算都吓人。

当天,来自北京大学的两位女研究员也在BL14B1线站上忙碌,进行陆地热泉硫化物物相鉴定与结构分析。

上海光源科学中心主任、中国科学院上海高等研究院副院长赵振堂记得,当时运行开放面临三个挑战,其中第一个是,能否长期稳定可靠运行,运行性能处于什么水平?第二个便是,是否有足够的用户,用户分布是否合适?

当年启动时,很多专家预估只有300余名用户;十年后,累计数据显示24684用户!

上海光源每年开机约7000小时,其中实验供光约为5500小时。运行期间,装置稳定高效运行、性能不断提升,加速器开机率、平均无故障运行时间间隔、平均故障修复时间等主要运行指标处于同类装置的国际先进水平。上海光源用户需求强劲,实验机时供不应求,每年用户申请机时约为可提供机时的3~4倍。

截止今年4月底,十年运行开放,已运行的线站累计为用户提供实验机时超过34万小时,执行通过专家评审的课题近13000个,用户遍布全国各地,用户所在的单位数量已达到518家,其中高校262、研究所162、医院34、公司60;用户所在的研究组数量达到2778个,实验人员达41404人次,共计23254人,已形成了我国相对稳定的高水平同步辐射用户群体。

对标国际著名同步辐射装置,围绕科学前沿、国家重大需求与产业核心问题支撑用户开展创新研究,以工程建设、运行开放、关键技术研发和科学研究四位一体可持续发展的总思路,聚焦重大基础科学突破和关键核心技术发展,上海光源提供了一个跨学科、综合性、多功能的大科学研究平台,已是我国目前用户最多的大科学装置和公共实验平台。

十年有力支撑,一批国际领先成果层出不穷

X射线小角散射实验站

“梦之线”新设备组装中

临近中午,上海光源磁铁专业组的王宏飞与团队成员还在忙不迭地组装“梦之线”的新设备,一年半以后,这台新设备将会发挥作用,进行纳米材料的结构分析。王宏飞从读研究生的时候就开始进入上海光源,十年间见证了上海光源的点滴变化。

有光则亮,有光则明!

在生物结构上,上海光源支撑用户在膜蛋白、蛋白质复合物以及与禽流感、埃博拉、寨卡等流行病毒相关的蛋白质结构与功能研究中取得一批具有国际影响重要成果,例如转录激活样效应蛋白特异性识别DNA的结构机理研究,是《科学》杂志评选出的2012年“十大科学突破”之一,“基因组的精密改造工程”的一部分,也被选为2012年“中国科学十大进展”。

在材料科学领域,用户利用上海光源在包括铁基超导材料、纳米催化剂、储氢能源材料、半导体磁性材料、晶体材料、压电/铁电材料、高分子材料等,取得了多项具有重要应用前景与广泛用途的研究成果,如新型铁基硫族化合物超导体在高压下重新出现超导新现象的发现,构建了新化学高效储放氢体系的原位催化剂研究,有效解决水煤气变换反应低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的低温工业产氢的难题等。

在催化研究领域,由我国科学家首先提出的“单原子催化”、并由上海光源首次证实其存在的系列成果入选了美国化学会化学工程新闻(Chemical & Engineering News,C&EN)评选出的2016年度化学化工领域“十大科研成果”。

在凝聚态物理领域,用户利用上海光源“梦之线”开展研究,首次在凝聚态物质中证实存在外尔费米子态,具有非常重要的科学意义,入选“2015年中国十大科技进展新闻”并入选美国《物理评论》125周年49篇精选论文;发现三重简并费米子入选2017年中国科技十大进展、中国十大科技进展新闻。

文物研究方面,上海光源与故宫博物院合作,成立了“上海光源故宫博物院联合实验室”,已在乾隆时期紫金釉微观结构、古丝绸之路与新疆省山普拉墓地遗址玻璃珠内部结构、故宫东华门清代天花彩纭制作原料及工艺研究等方面联合开展研究,取得了一系列重要成果。

当年,第三个问题是可否产出足够多的成果?成果水平和影响力如何?

十年,上海光源交出了一张成绩单。

用户已发表期刊论文约5000篇,其中,Science、Nature、Cell三种顶级国际刊物的论文96篇,SCI-1区论文约1500篇。一项成果被美国《科学》“十大科学突破”引用;一项成果入选欧洲《物理世界》十大突破;一项成果入选美国物理学会标志性进展;一项成果入选美国《物理评论》125周年49篇精选论文;一项成果入选美国化学会十大科研成果;六项成果入选中国科学十大进展;四项成果入选中国十大科技进展新闻。

上海光源助力生命科学、凝聚态物理、材料科学、化学、能源与环境科学等多个学科前沿基础研究和高新技术研发领域产生了一批具有国际影响力的研究成果。

赵振堂直言,而在高效用户成果产出背后,更有上海光源具有国际先进水平的加速器运行与同步辐射实验方法体系的重要保障。上海光源开展基于设施的加速器改进和同步辐射实验方法学及应用研究,实现了恒流运行、轨道快反馈、工作点反馈、注入模式和束团填充模式控制;攻克了多种新型波荡器和数字化测控技术。发展了涵盖红外、软X射线、硬X射线波段的衍射、散射、谱学、成像等系列实验方法。

打造世界级光子科学研究中心 全球科创中心建设标配

巴西光源150MeV直线加速器

上海光源不仅支撑产出了大批学科前沿研究成果,在国家战略需求与重大应用方面也发挥了越来越显著的作用。

据介绍,目前已有60家企业利用上海光源进行技术开发,涉及行业包括制药、能源、化工、技术鉴定等,取得了良好的效果和效益。多家公司把利用上海光源平台开展研发,作为公司发展战略的一部分。

世界十大制药公司中,诺华、罗氏、葛兰素史克、辉瑞等均利用上海光源获得的大量结构数据进行了新药研发,聚集在上海张江地区的生物医药公司大多已成为上海光源的用户,借助上海光源开展新药研究,已有多个新药进入了临床试验阶段,初步形成了制药企业科技服务产业集群。

高性能铜合金连铸凝固过程电磁调控技术已应用于京沪高铁接触线制造、助力中国石化成为我国首个获得分子筛结构代码的企业……在化工、冶金、汽车等产业领域,多家国内龙头企业借助上海光源平台开发新技术与新产品,如中国石化公司、上海宝钢集团、上汽集团等国内骨干企业。

上海光源一方面与企业研发部门对接,与企业共同梳理技术瓶颈,为企业创新提供技术支持。另一方面支持企业建设产业应用专用线站,系统、持续地解决产业核心技术问题。

2018年3月15日,安装调试团队赴巴西光源开始现场安装和调试,4月底全部完工,5月18日巴西光源150MeV直线加速器整机设计安装通过验收……十年中,上海光源团队走出国门,承接了多项国际同类装置的研制任务建造和调试任务,除巴西外,还有韩国光源和日本超级B工厂对撞机的定时控制,韩国光源和加拿大光源的波荡器等。

未来十年如何发展?“再来个黄金十年!”赵振堂满怀希望。

据介绍,上海光源正进行后续工程建设,上海光源线站工程(二期)已于2016年11月正式开工建设,其中X射线通用谱学线站已完成安装和通光,将于今年投入运行;另有多条用户投资线站在启动中。预计2022年,上海光源将有约35条光束线和60个实验站投入运行,届时,上海光源年接待用户能力将超过上万人次。

打造先进的光子科学研究中心,支撑我国科技创新突破和跨越发展,助力上海全球科创中心建设,提升中国科技核心竞争力,让生活更美好,在赵振堂看来,第四代同步辐射光源的时代已经开启,面临一个崭新的同步辐射新时代,上海光源必将继续提升、发展。 

(责编:严远、韩庆)
 
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