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化为国内客商最多的大科学设置发出一群有世界影响力重大成果,那一个大装置帮衬用户孵化超级诗歌96篇

点击: 89 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-04-16

上海光源鸟瞰图 上海光源 供图 摄中新网上海5月6日电 题:上海光源开放十年 为世界前沿科研作光嫁衣在上海浦东张江高科技园区一个外形酷似鹦鹉螺的建筑里,光似乎停住了脚步。这个建筑就是海内外知名的大科学装置之一上海光源,它是中国大陆第一台中能第三代同步辐射装置,产生宽波段的同步辐射光,每天供给全世界的前沿科学研究团队使用。5月6日,上海光源迎来开放十周年。资料显示,上海光源于2004年12月25日开工建设,2009年4月29日竣工,同年5月6日正式对用户开放。同步辐射光源被形容为高品质的巨型X光机或者超级显微镜。同步辐射光源以其高亮度、高准直性及波长同步辐射光源可调等优点,成为支撑众多学科前沿基础研究与高新技术研发不可或缺的实验手段。自上世纪40年代,人类在电子同步加速器上首次观测到同步辐射光以来,同步辐射光源70多年间已历经三代发展。上海光源的建成,标志着中国加入了第三代同步辐射光源俱乐部。如果将上海光源比喻成一个周长达432米的甜甜圈,将其截成数十段,每隔一段距离伸出一条长长的线,就是一个光束线站。目前上海光源有15条光束线19个实验站开放运行,装置总体性能位居国际先进水平。一年有8760个小时,现在上海光源每年开机运行约7000个小时,除去维护时间,一年对用户开放多达5500个小时,用户需求强劲,供不应求。截至2019年4月底,通过10年的运行开放,上海光源已建成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1.3万个。上海光源支持用户取得了一批国际领先的成果,这些成果涵盖生命科学、凝聚态物理、化学、材料、能源、环境、地质、考古等学科领域。上海光源的用户们已发表期刊论文约5000篇,其中Science(《科学》)、Nature(《自然》)、Cell(《细胞》)三种顶级国际刊物的论文96篇,有的成果被美国《科学》十大科学突破引用,有的成果入选欧洲《物理世界》十大突破上海光源还参与文物研究。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、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了研究。在过去的10年中,上海光源不仅承担了多项中国重大科技基础设施的建设任务,而且承接了多项国际同类装置的研制任务,比如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等。目前,上海光源正在进行后续工程建设,上海光源二期工程于2016年11月开工建设,预计到2022年,上海光源将有约35条光束线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。更多阅读一双慧眼:上海光源助力科学家探索微观世界

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上海光源。东方IC 资料

上海光源十年成为我国用户最多的大科学装置

“大型科学装置使得研究者有可能获取新的科学发现,它本身就是一个伟大创造。”在上海张江综合性国家科学中心办公室常务副主任施尔畏看来,像上海光源这样的大型科学装置可以促进多学科发展,也是顶级科学家的“孵化器”。

10年前,外形酷似鹦鹉螺的上海光源,出现在了张江的农田之间,这一科学地标的崛起,使得中国以同类装置最少的投资和最快的建设速度,加入到世界第三代同步辐射光源装置的第一方阵。

5月6日,上海光源举办同步辐射前沿发展暨上海光源开放十周年学术论坛。

能否长期稳定运行?是否有足够的用户?可否产出有影响力的成果?上海光源科学中心主任赵振堂坦言,这是上海光源自2009年5月6日正式对用户开放起,需要直面的三个挑战。

上海光源是中国大陆第一台中能第三代同步辐射光源,由国家、中国科学院和上海市人民政府共同投资建设,于2004年12月25日开工建设,2009年4月29日竣工,5月6日正式对用户开放,总体性能位居国际先进水平。

起初,上海光源被预估有300位用户,如今累计24684位的数据,使其成为我国用户最多的大科学装置。到2022年,上海光源年均接待用户人次有望增加一倍,超过1万人次。上海光源每年开机约7000小时,其中实验供光约为5500小时,用户已发表期刊论文约5000篇,其中《科学》《自然》《细胞》三种国际顶级刊物的论文96篇。上海光源支撑用户在前沿研究领域产生了一批有世界影响力的重大成果,其中一项成果被美国《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;六项成果入选中国科学十大进展。

上海光源首批建成7条光束线站,2015-2018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。

在爱因斯坦提出光量子概念100多年后,地处东方的上海光源不仅每个线站平均成果产出居世界第一,还在张江引领构筑了一个光子大科学设施集聚地,成为上海建设有全球影响力科创中心版图上浓墨重彩的一笔。

如何通俗地理解这一大型装置的作用?

把光作为探针,在许多领域大有可为

澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者此前曾采访过中科院上海应用物理研究所。简单来说,光波具有衍射现象,在利用光来探测物体和分辨物体时,光的波长应当与物体的大小或物体之间的距离相当或更短。因此,科学家为了探索微观世界,需要选用更短波长的光;而要穿透微观世界的黑暗,就需要更加明亮的光。

走进上海光源的实验大厅,眼前一片忙碌的景象。在生物大分子晶体学光束线站,来自上海睿智化学研究有限公司的研究人员正在收集蛋白质单晶体衍射数据。下转◆3版这里的光束实验分辨率高,可以达到1.53埃,获取单张衍射图的时间只需0.11秒。这几年,我们利用上海光源已研发了几百个小分子药物结构。研究人员刘敬贤告诉记者,公司以前去澳大利亚做实验,由于需携带液氮罐,花在路上的费用就要两三千美元。有了上海光源后,公司每个月都来做实验,成本节省不少。目前已有60家企业利用上海光源进行技术开发,涉及制药、能源、日化等。许多公司把利用上海光源开展研发,作为公司发展战略的一部分。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,聚集在张江地区的生物医药公司大多已成为上海光源用户,已有多个新药进入临床试验阶段,初步形成了制药企业科技服务产业集群。

同步辐射光让这些科研需求成为可能。也因其一系列独特而优异的性能,被科学家称为继电光源、X光源和激光光源之后,第四次为人类的文明带来革命性推动的新光源。

同步辐射,是指真空环境中以接近光速运动的带电粒子在改变运动方向时释放出的电磁波,同步辐射光源因此被称作高品质的巨型X光机或超级显微镜,成为支撑众多学科前沿基础研究与高新技术研发不可或缺的实验手段。

比如宽谱,波长范围宽,从远红外到硬X射线连续可调,可根据不同需要选取相应波长的光。高强度和高亮度,是X光机的上万到上亿倍,可以大大提高研究能力和效率。

在上海光源开放运行前的十几年间,国内同步辐射装置解析的蛋白质晶体结构只有99个,上海光源开放运行十年后,这一数字达到了3775个。上海光源推动了我国结构生物学的跨越式发展,一经投入使用立即改变了我国结构生物学家以往主要依赖国外同步辐射光源开展前沿研究的局面。新近当选美国科学院外籍院士的颜宁,在2014年通过上海光源成功解析出了葡萄糖转运蛋白GLUT1晶体结构,这就有可能通过调控它实现葡萄糖转运的人工干预,既可以增加正常细胞内葡萄糖供应治疗相关疾病,又可以通过阻断对癌细胞的葡萄糖供应从而饿死癌细胞。

凭借这些“硬核配置”,上海光源吸引了大量用户。

在物理学界,一个通过理论推导和公式推算出的结论必须通过实验验证才能被承认。有关幽灵粒子外尔费米子的预言,在80多年里一直没有得到实验验证。中科院物理研究所丁洪研究员借助上海光源首次在TaAs晶体中发现了这类特殊的准粒子,这一发现对室温低能耗电子器件有重要价值,也可能用于量子计算机。

中科院上海高等研究院表示,截至2019年4月底,通过十年的运行开放,已运行开放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家、研究所162家、医院34家、公司60家;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……

当埃博拉病毒疫情成为国际紧急卫生事件时,上海光源安排了紧急机时,我国科学家得以在第一时间投入到重大传染疾病研究中。中国疾控中心高福研究组,从分子水平阐释了一种新的病毒膜融合激发机制,成为近年来国际病毒学领域的一大突破。

在高水平的用户基础上,上海光源取得了一系列重要研究成果,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。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。

把光作为探针,在许多领域大有可为。紫金釉属于中国古代高温瓷器,其图案精美、质感晶莹,瓷釉独特的质感和色调源自于釉层特殊的过渡金属元素含量以及微观结构。上海光源故宫博物院联合实验室发现,在故宫出土的乾隆时期紫金釉中布满了大粒径、高纯度的亚稳相-Fe2O3晶体,其大小及分布均匀、发育良好,且釉层呈现清晰的多层结构特征,该发现对中国古代陶瓷工艺技术寻踪及现代材料的制备具有重要意义。

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先自我加压,再自我找茬

上海光源支撑用户前沿研究领域取得了一批国际领先的成果。视觉中国 资料

上海光源支撑用户高产出的背后,正是其始终对标国际一流、提升管理和服务水平的结果。运行伊始,上海光源就自我加压把开机率、两次故障平均间隔时间、平均故障修复时间作为了硬指标。十年来,开机率一直保持在98%,平均故障修复时间也控制在了1小时以内。

上海光源支撑的用户科研成果瞩目。

在运行四年多后,上海光源又自我找茬先后组织了三次国际评审,对加速器、束线站以及正在建设的项目进行了评估,专家们高度肯定了上海光源的运行性能、用户开放及实验成果。

其中一项成果被美国《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。

为实现用户管理信息化,2012年,国内大科学装置类首个信息化网站上海光源用户课题管理系统上线运行,涵盖了用户注册、安全培训、课题申请执行等全流程。2015年,大科学装置类首个实验自助系统,则实现了用户实验登记、剂量计领取在1分钟内完成。

在结构生物学的研究上,上海光源一经投入使用立即改变了我国结构生物学家以往主要依赖国外同步辐射装置开展前沿领域研究的局面,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了一批具有国际影响的重要成果。同时支撑用户在结构生物学和细胞生物学以及功能基因组学的多学科交叉研究,显着提升了我国结构生物学研究在国际上的地位,推动我国结构生物学研究快速迈向国际前沿。

十年来,上海光源坚持不懈进行关键技术研发和实验方法学发展,从开始的7线7站10种左右的实验方法,到今天的15线19站百余种实验方法,提升了装置的性能水平和实验能力。如持续发展了相干衍射成像方法,将上海光源的空间分辨能力从30纳米提升到了8.5纳米;成功建立了动态显微CT实验方法,将显微结构演化的定量分析从二维推进到了三维。

在材料科学、催化研究、凝聚态物理、生物医学、环境科学、地质考古、文物研究领域上,上海光源也支撑产出了大批学科前沿研究成果。此外,上海光源在国家战略需求与重大应用方面也发挥了越来越显着的作用。

十年来,上海光源造就了一支有竞争力的专业化队伍,不仅承担了多项国家重大科技基础设施的建设任务,而且承接了多项国际同类装置的研制任务,如我国出口能量最高的整机交钥匙加速器巴西光源直线加速器的整机设计、建造及调试任务,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。

澎湃新闻记者从中科院上海高等研究院获悉,上海光源线站工程于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。

二期瞄准国家需求与世界科技前沿

预计到2022年,上海光源将有约35条束线和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。上海光源将与正在建设中的软X射线自由电子激光装置、硬X射线自由电子激光装置及超强超短激光装置一起形成先进的光子科学研究中心。

下一个十年,上海光源线站将进入基本饱和状态,新的生长点在哪里?国际上第四代同步辐射光源已经开启,如何不掉队?赵振堂的话里透着居安思危。

施尔畏也透露,上海未来将在张江科学城核心区建立大型科学装置集群,这也将是中国迄今为止投入量最大、集中度最高的大型科学装置建设项目集群。

上海光源眼下正在进行后续工程建设,上海光源线站工程于2016年11月开工建设,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。预计到2022年,上海光源将有约35条束线和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1万人次。

据介绍,上海光源二期工程将瞄准能源、环境、材料、凝聚态物理、地球科学、化学和生命科学等领域,以国家重大战略需求与世界科技前沿为导向,以解决前瞻性、关键科学技术问题为主要目标。上海光源二期将使上海光源再一次腾飞,其综合实验能力将持续保持在第一梯队。

举全市之力建设光子大科学设施,是上海高瞻远瞩的一次布局。上海软X射线自由电子激光用户装置,是我国第一台X射线自由电子激光用户装置,预计2019年底建成和开放使用;作为国内迄今为止投资最大的国家重大科技基础设施项目,上海硬X射线自由电子激光装置计划在2025年建成,整个装置总长约3公里,位于地下30米的隧道中。未来,上海光源将与这些大科学设施,共同构筑具有国际影响力的光子科学中心。

上海光源,下一个十年值得期待。