上海光源升級完畢，“鸚鵡螺”步入發展黃金期

5月8日一大早，中國科學院力學研究所副研究員蔡松林和同事一起，第一次走進了上海市浦東新區張衡路239號大院，大院里有上海的地標式建筑之一——外觀如鸚鵡螺一般的上海光源。幾天后，他們在這里完成了期待已久的實驗。

就在準備離開前，他們碰巧成為一個重要事件的見證者：5月15日，國家重大科技基礎設施項目——上海光源線站工程通過國家驗收。國家驗收委員會認為，上海光源的綜合能力實現了跨越式提升，整體性能位居國際上第三代中能同步輻射光源的前列。

“上海光源線站工程項目畫上了一個圓滿的句號，上海光源步入了發展的黃金期。”中國科學院上海高等研究院副院長、上海光源線站工程副經理邰仁忠說。

蔡松林等科研人員已經成為“黃金期”較早的一批受益者。

外觀如鸚鵡螺一般的上海光源。上海光源供圖

建好一批開放一批，已提供約8萬小時服務

由于上海光源線站工程采取“建好一批、開放一批”的模式，早在國家驗收之前，工程新建的光束線和實驗站就已投入使用。蔡松林等人用的是一臺名為“快速X光成像線站”的實驗站，最終目標是研究高強度鋼纜受沖擊的損傷過程。

作為一個已經開放運行了15年的大科學裝置，上海光源里的用戶管理已經比較成熟。5月8日到上海光源后，蔡松林和他的同事就在大門口的保衛室里登記了姓名，領了輻射劑量卡、用戶卡。從那一刻開始，倒計時開始了。他們將在“鸚鵡螺”里，完成120小時的實驗。而這120小時，是他們一個月前就已申請到的機時。

上海光源每個季度都會公開征集課題，課題通過用戶專家委員會評審后，課題組就能獲得相應機時。這一模式也已經延續了15年。

上海光源是我國大陸第一臺第三代同步輻射光源，于2004年12月25日開工建設。15年前的2009年5月6日，首批線站正式對用戶開放。2016年11月，上海光源線站工程開工，主要目標是解決國家戰略需求和科學前沿中的重大科學問題，在上海光源已有的基礎上進一步發展，建立先進、系統的同步輻射實驗方法與綜合研究手段，全面強化和拓展實驗能力。

“上海光源剛建成之時僅有7條線站，相當于‘大馬拉小車’，上海光源線站工程則把‘車廂’越做越大、越做越多，建設更多先進的光束線和實驗站來滿足國家科技發展需求。”邰仁忠說。

2023年7月，上海光源線站工程全部建成。上海光源里服務用戶實驗的光束線增加至34條，實驗站增加至46個。它也成為目前國際第三代中能同步輻射光源裝置中，線站數量最多、能區覆蓋范圍最廣、實驗方法非常豐富的裝置。

邰仁忠介紹，上海光源線站工程試運行期間，新建線站已服務約8萬小時，用戶發表科學論文近500篇，并為35家國內領軍企業提供定制化技術解決方案，支撐科技發展的效果初步顯現。

據統計，從開放至今15年，上海光源共服務了全國34個省級行政區近800家單位、約4500多個研究團隊的超47000名用戶，支撐用戶完成了2萬多個實驗課題，覆蓋了生命科學、材料科學、凝聚態物理、化學、能源環境和醫學等學科前沿和應用研究方面。

上海光源內部。上海光源供圖

新建16條線站，各有各的“拿手絕活”

正所謂“工欲善其事，必先利其器”，蔡松林等人的120小時實驗機時中，有不少時間要用在實驗平臺的調試上。

進入“鸚鵡螺”之后，蔡松林等人就爭分奪秒地把從北京帶來的、專門為做這項實驗準備的原位實驗平臺，裝到快速X光成像技術線站平臺上。

去年底，他們與上海光源快速X光成像線站運行負責人李可團隊聯合，利用該線站探測鋼纜的基本單元——鋼絲在動態沖擊下的損傷過程。

他們帶來的原位實驗平臺中，一端有一根被豎直拉緊的細鋼絲，另一端有一個纏著線圈、可以放“子彈”的通道。“子彈”可以在通道里加速到每小時300公里，然后打斷鋼絲。

等蔡松林把原位實驗平臺裝好后，李可等人就根據原位實驗平臺的特點，調整X射線發出的位置和時間，確保“子彈”打斷鋼絲的瞬間能夠被記錄下來。

安裝在快速X光成像線站平臺上的原位實驗平臺。倪思潔攝

快速X光成像技術線站是上海光源線站工程新建的16條光束線站之一。“它是國際上首個在中能同步輻射裝置里實現了X射線單脈沖成像能力的線站，可以實現百皮秒級單脈沖超快成像、微秒級成像連續動態成像，也能夠拍攝毫秒級動態顯微CT。”李可告訴《中國科學報》。

李可向記者介紹快速X光成像線站的實驗過程。倪思潔攝

統觀整個上海光源線站工程，新建成的16條線站各有各的“拿手絕活”。

上海光源副主任、上海光源線站工程分總體主任李愛國介紹，其中的一些是國際上率先建成的線站，如復雜體系動力學研究線站能實現同步輻射紅外與硬X射線跨能區組合連用；一些是在國內率先建成的、具有國際一流水平的特色光束線站，如稀有元素分析線站可以提供非豁免級放射性樣品實驗安全防護；還有一些線站實現了關鍵性能指標的國際領先，如膜蛋白晶體學線站適用于亞微米蛋白質晶體分析。

改造升級，實現“一站式”服務

5月13日，李可、蔡松林等人完成了既定實驗。第一次在這里做實驗的蔡松林感慨，上海光源24小時運行，下一次他們要多來幾位科研人員，“大家白班、晚班輪班倒，爭取能多做些實驗”。

“鸚鵡螺”的內部，有一臺1.5億電子伏的電子直線加速器、一臺能在0.5秒內把電子束能量從1.5億電子伏提升到35億電子伏的全能量增強器、一臺周長432米的35億電子伏高性能電子儲存環。

除了例行檢修等情況，“鸚鵡螺”可以24小時不停地出光。為了進一步提升光源性能，工程團隊還在上海光源線站工程中，將光源的光子能區從紅外拓展到了15萬電子伏超硬X射線與2000萬電子伏低能伽瑪射線能區，安裝了13臺插入件后，儲存環軌道的穩定性還保持在好于0.5微米水平。此外，束團操控等能力也得到進一步提升。

“我們以前做實驗從來沒有這么快，也沒有獲得過這么精細的圖像。”蔡松林感慨，“如果能把設備潛能挖掘出來，我國科技能力或將實現質的飛躍。”

實驗完成后，蔡松林等人就進入了數據分析階段，他們的實驗數據就保存在線站旁邊的電腦里，那里直接連著上海光源線站工程建設的用戶數據中心。

“作為實驗輔助系統的一部分，用戶數據中心具備了海量數據存儲與分析能力，中心儲存能力達到23拍字節（PB），邊緣儲存能力為1.5PB，全裝置的每一條線站都能夠與用戶數據中心連接，可以完成實現數據的理論分析與計算，以及在線數據分析處理。”邰仁忠說。

他介紹，在過去的幾年里，上海光源已經逐漸建立起近百種同步輻射實驗方法體系。

此外，為了給用戶提供“一站式”服務，上海光源線站工程還在“鸚鵡螺”外建設了材料樣品準備實驗室、化學與環境科學輔助實驗室、原位條件輔助實驗室、生物與醫學輔助實驗室、材料樣品準備實驗室等實驗輔助系統。

上海光源中控室。上海光源供圖

5月15日，就在上海光源線站工程完成國家驗收的這天，蔡松林等人收拾好行囊、帶著實驗數據，歸還輻射劑量卡和用戶卡。接下來，他們要把這些數據帶回北京，做更深入的分析。

蔡松林告訴《中國科學報》，再過兩個月，他們又將回到這里。他們申請的另一個課題也通過遴選并獲得機時，接下來，他們要在另一臺線站上用新的實驗方法對鋼絲擰成股繩后的動態沖擊損傷過程進行研究。而再往后，他們將根據鋼絲、鋼繩的實驗數據，計算出鋼纜的沖擊損傷過程，為國家關鍵領域的鋼纜研發、應用提供理論支撐。

李愛國介紹，目前，上海光源已經成為我國目前服務用戶最多、成果產出率最高的大科學裝置，“老”線站在滿負荷運行，“新”線站的機時申請也在逐漸增加。

“未來上海光源團隊將充分發揮已建成線站的先進實驗能力，支持國家重大科技攻關。同時，我們也在積極謀劃未來，并有了一些初步的想法，亟待進行更深入的研究。”邰仁忠說。

和蔡松林等人一樣，越來越多的科學家也將帶著研究問題走進“鸚鵡螺”，再帶著實驗數據和答案走出“鸚鵡螺”，走向國家最需要和科學最前沿的地方。