中國正在鍛造兩把“利器”

科技日報記者 華凌

6月29日，北京風和日麗。在美麗的雁棲湖附近，懷柔科學城兩大科學裝置——高能同步異塵餘生光源（HEPS）和多模態跨尺度生物醫學成像設施同日開建。一個是探測微觀世界的“超級顯微鏡”，另一個是生命醫學領域世界一流的重大科技設施。

不久前，美國能源部基礎能源科學顧問委員研究報告《調控物質和能量：科學的五個挑戰及展望》指出，“當前，人類已進入物質調控時代。通過更精細地認識物質（包括生命物質和非生命物質），在原子甚至電子水準調控物質，使其具有期望的功能和性能。先進光源在其中起著關鍵作用”。顯然，為讓人類遊刃於物質調控時代，中國正鍛造兩把“利器”。

造把“放大鏡”探清微觀世界

精細到10納米量級

“光越強，就越容易看得清楚。高能同步異塵餘生光源的建築外形猶如‘放大鏡’，寓意為探測微觀世界的利器，可達到10納米量級空間分辨能力。”高能同步異塵餘生光源項目副總經理、中科院高能物理研究所多學科中心主任董宇輝在接受科技日報記者採訪時表示。

高能同步異塵餘生光源效果圖。懷柔科學城提供

“要看清楚粵港澳大橋上某個工件如何斷裂，目前我們不能做到，而通過模擬南方高鹽、高濕、高溫環境下工件的狀態，用先進光源觀察它，可以看到其材料分子級的裂縫程度，從而我們可以在其變化過程中，在關鍵環節進行調控。”董宇輝表示，這種明察秋毫的本領適用於解決很多行業中的共性問題，可以廣泛應用到先進材料、航空航天、能源、醫藥、化工、生物工程和微細加工等領域，提供突破瓶頸問題的關鍵手段，從而推動技術創新，提升企業核心競爭力，促進相關高科技產業發展。

高能同步異塵餘生光源項目經理、中科院高能物理研究所副所長秦慶表示，“HEPS項目是在不斷研發、攻克難題中推進建設的，主要包括加速器、光束線站及輔助設施等，預計2025年建成運行，新建建築面積12.5萬平方米。”

據秦慶介紹，HEPS主加速器的周長為1360.4米，電子束流能量為60億電子伏特，設計亮度高於1×10^22 phs/s/mm^2/mrad^2/0.1%BW。主加速器採用7BA彎鐵消色散的結構單元，可實現電子束流的水準自然發射度小於60皮米·弧度，這也是第四代衍射極限光源的主要特點。這個設施將建設不少於90條高性能光束線和實驗站的能力，可提供能量高達30萬電子伏特並具有高亮度、高相乾性等特點的同步異塵餘生光，以及具備納米量級空間分辨、皮秒量級時間分辨、毫電子伏特量級能量分辨能力，將為國家發展戰略和工業核心迫切需求的相關研究，提供開展多維度、實時、原位的表征的研究平台

據介紹，建成後的HEPS將是我國第一台高能同步異塵餘生光源，也是世界上亮度最高的第四代同步異塵餘生光源之一。這將推動我國同步異塵餘生光源領域研究達到世界前沿水準，全面提升我國在科技和產業領域的原始創新能力，也會成為我國重要的國際科技合作與基礎科學研究平台。

“中國創造”生物醫學全功能研究平台

將達世界一流水準

“我們知道，同一尺寸下，顯示分辨率越大，圖像越小，反之越大。而多模態跨尺度生物醫學成像裝置可以實現顯示分辨率越大，圖像越大的效果。而且還可以從不同時間和空間尺度上形成‘全景圖’。”多模態跨尺度生物醫學成像項目副總工程師、北京大學教授孫育傑告訴記者。

多模態跨尺度生物醫學成像設施效果圖。 懷柔科學城提供

多模態跨尺度生物醫學成像設施由北京大學作為法人部門，聯合中科院生物物理所建設的國家重大科技基礎設施，也是懷柔科學城目前唯一聚焦生命科學的國家重大科技設施。項目佔地100畝，總投資17.35億元，預計2023年建成運行。

孫育傑進一步解釋道，“生命科學研究的對象小到分子活動，大到動植物的生長，從納米級到分米級，從毫秒級到月、年，這就需要更清晰的成像技術。如要了解人是如何思考的，就要對人腦研究，神經網絡中有10億多個神經元，神經突觸達千億級。針對不同尺度，用顯微鏡看神經元細胞的大分子，用電鏡技術探看神經突觸，用磁共振技術觀察腦部的其他活動等，然後我們通過影像技術分析及大量計算，最終把不同空間、時間尺度的研究對象模態融合成完整的立體圖像信息。”

“猶如谷歌地圖一樣，既有整個城市的信息，又能不斷放大，從北京找到頤和園路，找到北京大學，還可以記錄變化過程中的細節。”孫育傑表示。

據介紹，多模態跨尺度生物醫學成像設施建成後，將以前所未有的綜合能力、成像手段、研究範式，形成跨尺度、多模態、自動化和高通量的生物醫學成像全功能研究平台，實現高端生物醫學影像儀器裝備的“中國創造”，成為生命醫學領域世界一流的重大科技設施。

成為北京大科學裝置最為密集區域

將開工40個重點項目

“憑借這些大科學裝置，懷柔科學城將形成定位清晰、高度密集、先進高端的設施平台集群，為原始創新提供堅實支撐。科研人員依托這些大科學裝置，將不斷取得一批世界領先的原創科研成果，提高我國在基礎研究和前沿交叉領域的源頭創新能力和科技綜合實力。” 懷柔科學城黨工委委員、管委會副主任伍建民表示。

大科學裝置，即國家重大科技基礎設施，是指為提高探索未知世界、發現自然規律、實現科技變革的能力，由國家統籌布局，依托高水準創新主體建設，面向社會開放共享的大型複雜的科學研究裝置或系統，是突破科學前沿、解決經濟社會發展和國家安全重大科技問題的物質技術基礎，是長期為高水準研究活動提供服務、具有較大國際影響力的國家公共設施。

據伍建民介紹，懷柔科學城是北京建設具有全球影響力的科技創新中心“三城一區”主平台之一，是國家批複的北京懷柔綜合性國家科學中心的核心承載區，承載國家戰略，肩負國家使命。今年下半年，懷柔科學城將密集開工40個重點項目，包括科學設施和研發平台項目14個、城市基礎設施項目10個、公共服務配套設施項目16個，投資額預計198億元。這些重點項目的密集開工，將全面拉開懷柔科學城“科學+城”的建設框架。

據了解，除兩大科學裝置外，空間環境地基綜合監測網二期（子午工程二期）計劃近期開工建設。另外，2017年9月開工的綜合極端條件實驗裝置和2018年開工的地球系統數值模擬裝置取得重要進展。其中，綜合極端條件實驗裝置的主體結構、二次結構已經完工，土建工程已經完成85.5%；地球系統數值模擬裝置的主體結構基本完工，土建工程完成55%。屆時，懷柔科學城落地建設的大科學裝置將達到5個，佔在北京落地的19個大科學裝置的26%，是北京地區大科學裝置最為密集的區域。

北京市懷柔區委黨委、副區長於海波表示，懷柔科學城是科學+城，“城”就是創新環境、配套裝務，是提高綜合承載力和吸引力的基礎性工作。懷柔科學城堅持把加快建設創新創業生態作為主攻方向，在住房、教育、醫療、公共文化和商業、以及交通、市政和生態建設等方面，將全方位為懷柔科學城的發展做好配套裝務工作。位於科學城核心區的創新小鎮，由創新中心、政務中心、眾創街區、創新廣場、創客公寓、科學公園六大功能區組成。目前已入駐中關村信息谷、國科大創新創業示範基地、海創產業技術研究院、優客工場等4家創新創業服務平台，聚集40家初創企業和成果轉化團隊。

據北京市密雲區副區長、懷柔科學城管委會副主任方建卿介紹，2017年6月份，根據北京市委市政府指示精神，懷柔科學城空間規劃面積擴大至100.9平方公里，其中將密雲區32.5平方公里納入其規劃範圍。目前，已經明確地球系統數值模擬裝置落戶密雲，此外，還有一些今年科學城開工的大科學裝置將落戶密雲。科學城的擴區為日後科學裝置和交叉研究平台的發展提供更多用地，同時，懷柔、密雲的聯動也將為科學城的建設發展提供更廣闊空間。

來源：科技日報 文中圖片除注明外均由科技日報記者華凌攝

編輯：左常睿

審核：王小龍