超级“显微镜” 借你一双“慧眼”看世界

一半在尘土里安详，一半在风里飞扬。

玉泉路，中科院高能物理研究所，一个“庞然大物”静静俯卧着。在这里，我国第一代同步辐射光源装置诞生，并在后面的日子里，为抗击“非典”等科学研究立下汗马功劳：

2003年，我国科学家利用同步辐射光成功测定了SARS病毒主蛋白酶的结构，为抗病毒药物研制提供了重要信息。

时移势易，这个“庞然大物”如今已有些“老态龙钟”。

探索更微观物质世界，今天，我国第四代同步辐射光源——即将在北京怀柔建设的高能同步辐射光源核心技术完成验证，今年年中有望正式开建。

“高能同步辐射光源的验证装置总体性能达到同类设备国际先进水平，部分技术填补了国内空白，具备了建设高能同步辐射光源的能力。”验收现场，中科院院士陈佳洱担任验收主任的委员会给出如是评价。

按照业界划分，5—8GeV（1GeV＝10亿电子伏特，能量越大，分辨率越高）属于高能区，目前世界上已有三个高能同步辐射光源装置，其最高能量分别是8GeV、6GeV、7GeV，分别为日本、欧洲、美国拥有。

根据计划，新装置建成后，将拥有世界最高光谱亮度，高于目前世界上现有、正在或即将建设的光源，预计耗资48亿元。

这个不惜斥巨资打造的“国之重器”是何东东？中科院高能物理研究所研究员张闯打了个比方：超级显微镜。

原来，由于分辨率的限制，普通光学显微镜下看到的物质微小结构往往是一个模糊的光斑，科学家无法从分子层面研究活细胞。电子显微镜虽然可以看得更小更清，但由于电子必须在真空中运行，只能用来观测固体标本，不能用于活体观测。

“鱼”和“熊掌”能否兼得？同步辐射光源装置的出现，让科学家们看见了希望，但是否拥有足够的亮度是个重要指标。这就好比打个手电筒看东西，手电筒越亮，自然看得越清。

为制造能量更高、亮度更强的光，人类发明了可产生这种光的大工具——同步辐射光源。

为了获得更高的分辨率、看得更细，我国相继建成合肥（第二代）同步辐射光源、上海（第三代）同步辐射光源，这两个处于低、中能量区的大实验装置。然而因为所处能量区的限制，它们虽然能够“看见”所观察物质的分子结构，依然不能捕捉其变化过程，特别是在真实状态下物质结构的变化过程。

工欲善其事必先利其器。“有了高能同步辐射光源，科学家们可以根据实际应用或研究需要，生产出亮度更高的X光，借助这双‘火眼金睛’，科学家们不仅可以清晰看到物质的分子结构，还可以进一步观察其运动状态。”张闯解释。

不仅仅是科学研究。利用高能同步辐射光源，研究人员可以进一步探测分析飞机发动机材料在工作状态下的结构，为相关材料攻克提供更多信息；随着集成电路集成度越来越高，利用高能同步辐射光源提供的高分辨成像能力，将会成为诊断精密部件内部缺陷的主力......

“围绕新一代同步辐射光源的核心装置，如高能加速器、光束线和实验站等多个关键技术难点进行攻关，目前成效显著。”中科院高能物理研究所研究员秦庆介绍，探测器是所有同步辐射实验最核心的部件，每种实验都对探测器提出特殊的要求，如何得到优化的高性能探测器对保证实验质量和提高实验效率至关重要。

目前国际上提供常规先进探测器的厂家仅有几家，价格动辄百万甚至千万量级，而且无法根据实验需求进行专门设计生产，售后服务存在困难；一些实验室研发的探测器主要针对一些特定的实验，难以推广普及。

研究团队针对北京高能同步辐射光源的实际需求和未来同步辐射探测器发展趋势，研制了可同时满足空间分辨、能量分辨、大的动态范围以及快速读出时间等需求的二维像素阵列X射线探测器样机，为在未来北京高能同步辐射光源开展各种高质量实验提供了重要工具和手段。

“新装置建成后，将为基础科学和工程科学等领域的原创性、突破性创新研究提供重要支撑平台。”秦庆表示。

（经济日报 记者：沈慧 责编：胡达闻）