「光源」不夠用了？一臺裝置幾十億元，上海江蘇浙江安徽搶着建

（來源：上觀新聞）

轉自：上觀新聞

上海光源基本僅能滿足1/4的機時申請，儘管這已是世界上最繁忙的大科學裝置，幾乎晝夜不停運轉，每年開機時間長達7000個小時，其中實驗供光約為5500小時。

「光源」是大科學裝置「同步輻射光源」的簡稱，被譽為「前沿科研的眼睛」。「發光」是光源的主責主業，從這里產生的X射線亮度是普通X光機的幾十億倍。這就像一臺「超級顯微鏡」，讓微觀世界「纖毫畢現」。

一位光源用户感慨，同步輻射光對幾乎所有自然科學學科都有促進作用，很少有大科學裝置應用範圍如此廣泛。正因如此，光源常常「忙不過來」。

長三角是同步輻射裝置資源相對豐富的區域：上海光源是中國大陸第一臺第三代同步輻射光源，合肥同步輻射光源是我國第一臺自主建設的專用同步輻射裝置，合肥先進光源作為亞洲唯一低能量區第四代同步輻射光源正在加緊建設中。

同時，為進一步擴大供給，長三角地方政府、高校、產業等與國家同步輻射實驗室創新合作模式，開展共建線站的探索：蘇州大學投入1200萬元與合肥光源共建線站，35%機時自用，65%開放共享；金華與浙江師範大學共建浙江光電子研究院，拿出2000萬元，在合肥光源建設金華線站，着重服務企業用户；中國石化將上海光源能源化工科學實驗室落户上海張江，並委託上海光源建設三條光束線站。在蘇州、金華等地，更多同步輻射裝置建設也已提上日程。

跨域協同提升大科學裝置的供給效率，長三角正攜手破題。

需求旺盛，機時緊張

「我們人身上的毛發，長得較粗的，自然光下便能看到；非常細的，醫生要打個探照燈才能觀察。」中科大國家同步輻射實驗室研究院葉逸凡解釋同步輻射光的作用，「光的亮度越高，能看到的東西越多。」

「古代鍛造一把刀，想要刀更鋒利，就要邊打邊看，打一下，看它彎曲的弧度對不對，再慢慢調整，直到刀刃呈現出最好的狀態。」合肥光源金華線站負責人焦學琛説，利用同步輻射裝置做實驗，便等同於這個「看」的過程。

對於大多數自然科學領域的研究來説，同步輻射裝置都是一種「好用」的實驗工具，其價值在科研領域已經得到公認，需求越發旺盛。

不過，光源機時供給卻是相對一定的。已經投入運行的幾個同步輻射裝置容量都已接近飽和。「實驗站不能無限增加。」中國科學技術大學國家同步輻射實驗室研究員儲旺盛説，光源建設完成后，能容納多少個實驗站已經決定了。

如此一來，同步輻射裝置長期處於供不應求的狀態，機時競爭自然激烈。

光源免費向科研用户開放，採用申請制，用户要提交申請報告，由各領域專家組成的用户委員會進行評審。評審標準涉及多個方面，包括課題的重要性、設備使用的必要性、實驗方案的可行性、產出成果的價值、申請機時的合理性等，專家綜合考慮后給出評分。

準備稍顯不足的科研工作者便會被篩選出來，無法獲取光源機時；或者原本需要進行更長時間的實驗，只能爭取到一兩天。

也有企業用户對光源提出機時申請，不過難度更大，尤其對於初創的小企業而言。對於提交的申請，評審原則上要求研究成果具有普適性或公益性，企業用途和實驗成果大部分需要公開。畢竟，大科學裝置由國家出資建設和維護，若企業的實驗只為自身謀利，恐怕與裝置建設初衷相悖。對於企業而言，大多數時候，同步輻射裝置「可望不可即」。

同步輻射裝置在我國發展歷史不長，發展的步子邁得很快，光源的用户培養經歷了一個極速上升的過程。

10多年前，由於與正負電子對撞機「一機兩用」，北京一代光源大部分時間都在做高能物理領域的對撞實驗，服務基礎研究，拓展人類認知，每年只有3個月對外開放，可用機時較少。而合肥同步輻射裝置二代光源設置在中科大校園里，規模同樣受限。

當時這些同步輻射裝置甚至不敢大肆對外宣傳，唯恐怕無法滿足科研工作者們的需求。國內相應設備缺乏，很多中國科學家不得不到歐美國家的裝置上去「借光」做實驗。

2009年或許可以稱得上是「分水嶺」。那一年，上海同步輻射裝置開始運行，規模更大，線站更多，全年對外開放，可用機時更充足。某國際頂級科學期刊專門發表論文稱，第三代光源建成后，中國正式踏入同步輻射的世界俱樂部。而后幾年，北京一代光源和合肥二代光源經過改進和升級，性能大幅提升。

同步輻射裝置的發展與我國科研實力的提升同步，互相配合，彼此成就。2010年以前，國內學者每年能在國際頂刊上發表的論文數量非常少，任何一篇都能成為學術界大新聞，現在，每年幾百篇頂刊大作已是稀松平常。從事科研工作的人才數量也迅速攀升，僅説每年畢業的博士生數量，便翻了好幾倍。

「同步輻射是非常先進的工具，要跟國際科學家同台競技，一個拿得出手的工具非常重要。」蘇州大學納米科學技術學院教授鍾俊説。2010年之后，同步輻射裝置的用户數量呈「指數級」「爆炸式」增長，鍾俊比畫出一條几乎垂直上升的曲線。

尤其近幾年，產業發展對於同步輻射裝置的需求逐漸涌現。國內一些產業領域率先爆發，比如新能源汽車，產品設計、產業鏈搭建等都是國內原創，國外也找不到更先進的技術，若想實現迭代升級，唯有研發一條路。比如，寧德時代專門組建團隊，面向市場應用攻關基礎科學問題，對光源等大科學裝置的需求自然產生。

此外，要在關鍵領域實現突破，破解「卡脖子」難題，同步輻射裝置同樣不可或缺。儲旺盛舉例：「芯片的生產過程中，需要一種電子氣，純度要達到10的-9次方，通常國內只能實現10的-6次方，差了三個量級，這種原材料長期依賴進口。純度要求太高，實驗室的傳統手段都難以檢測出來，需藉助同步輻射這種高端儀器。」

「人們佩戴的眼鏡鏡片有一層光學膜，往往進口的鏡片更貴，國產化造不出相同等級的光學膜。大家每天都會使用的手機屏幕，其中的某一層光學膜國內只能做中端，做不了高端產品。」焦學琛介紹，國內不少企業都在相關領域嘗試突破，這項技術的關鍵之一在於「均勻」，但由於光學膜是透明的，肉眼無法看清，只有藉助同步輻射裝置才能找到不均勻的原因，從而有的放矢完善工藝。

可以預見的是，隨着我國科研水平不斷提升，產業實力逐漸加強，在更大範圍內參與國際競爭，對同步輻射等大科學裝置的需求將愈發強烈。目前，北京高能光源與合肥先進光源正在建設中，無論在強度還是亮度上，四代光源幾乎達到衍射極限。

線站共建，機制創新

光源機時是寶貴卻短缺的資源。但國外已有前車之鑑，同步輻射裝置吸引不了足夠用户，線站無奈關停。

在同步輻射裝置內，有一個環形的通道，里面存儲了通過加速器而產生的「優質的光」，而光束線站，就是把光束傳輸、調節和優化后，引導進入實驗站通道。通過光束線站，這些「優質的光」可以被科研人員用於做各種各樣的實驗。

不同線站都有對應的細分領域，有做電池的，有搞能源催化的，有關注純物理的，也有適用於環境研究的，不同領域線站設計不同，發出的X射線也不盡相同。如果特定範圍內用户數量不夠，線站會面臨「用不上」的窘境。

正因如此，無論上海光源還是合肥光源，都秉持開放的態度，歡迎各方共建。一方面，線站造價高昂，每增加一條線站一次性投入幾千萬元，共建能夠保證資金來源，緩解經費壓力。另一方面，領域內已有共識，願意出錢説明是真需求，基於市場調研和需求徵集的共建，能夠保證足夠的用户儲備。

早在2012年，中國科學院院士、蘇州大學教授李述湯便意識到了同步輻射在未來研究中的重要性，在他的推動下，蘇州大學-西安大略大學同步輻射聯合研究中心正式揭牌，並依託國家在能源領域的戰略規劃，向合肥光源提出共建線站的設想。

消息一出，在學界引發不小的震動，當時，還未有高校投入經費建設線站的先例，蘇州大學邁出了第一步。

直到2020年，蘇州大學與合肥光源共建的線站纔開放使用，鍾俊成為項目負責人之一。作為「第一個吃螃蟹的」，中間經歷了很多複雜過程，需要各方反覆協商。「光源是中國科學院的，蘇大又是高校，兩邊體制不兼容，很多路徑需要共同探索。」蘇州大學功能納米與軟物質研究院副院長張亮説。

雖然前方阻礙重重，「過關斬將」的需求卻很強烈。「真實環境下的研究才能反映材料的真實狀態，要觀察能源催化反應在常壓工作條件下的狀態，需要用到先進的同步輻射方法學。」鍾俊説，當時，國內進行相關原位實驗尚有較大難度。蘇州大學-中國科學技術大學國家同步輻射實驗室共建軟X射線能源材料原位分析線站，一定程度上填補了空白。

35%是自留機時，供蘇州大學內部分配，65%開放給全國高校申請。線站建成后，以前部分只能倉促結束的實驗，現在可以用更長的時間系統化完成；學科建設成效顯著，基於該線站的研究在國際頂刊發文章超過240篇。

蘇州大學的經驗積累下來，也給了后來者信心。10年后，金華科技部門提出與合肥光源共建線站。2022年底，項目立項。2023年元旦前，資金到位。這次，僅用了20個月，金華線站便建設完成，這是我國第一條軟X射線共振散射線站、國際獨有的超大型薄膜加工原位裝置。

金華線站意在服務於產業發展。相關知情人士告訴記者：「以前，科學大裝置由國家投錢，服務個別、零星的大企業，並不成規模。浙江有很多創新企業，要得到大裝置支持比較困難，金華想在合肥先建一個線站試一試。」

不過，線站建成后，企業需求並未如預期那般洶涌而至。畢竟，組建專門研發團隊，大力投入原創科研的企業是極少數，大部分企業對於同步輻射裝置的功能還沒能形成清晰認識，更別提充分利用。這中間需要專業機構進行協調。

金華率先嚐試。2022年夏天，金華市人民政府與浙江師範大學共建浙江光電子研究院。線站投入運營以后，焦學琛便從合肥光源的研究員化身金華線站的「金牌銷售」，負責拓展用户，引導有需求的企業使用線站，與企業簽訂合作協議，解決相關需求，收取線站使用的機時費用和中介服務費，金華本地企業能夠享受一定優惠政策。

焦學琛認為，合肥光源金華線站能夠為企業提供量化的結構分析，能加強企業的核心技術，同時，能夠給企業帶來一個可供講述的、科學性的故事。解釋清楚企業痛點的來源，纔是企業願意擁抱這項技術服務的根源。

金華線站目前接待企業用户課題10余項。開拓市場並不容易，甚至要吃閉門羹，不過焦學琛仍然干得起勁，「更多的機時開放給企業，實現機構自身造血，服務產業鏈提質升級，這是我們必須要做的一件事」。

另外，光源與產業直接聯手也有嘗試。2021年，中國石化上海光源能源化工科學實驗室落户上海張江，項目由「三條光束線站」和「輔助實驗室」構成，投資規模4億元。這標誌着同步輻射裝置與工業用户合作開了先河。項目建成后將為中國石化以及公共用户的基礎科學研究提供技術支持和服務。

目前，在建的合肥先進光源等熱切期待更加廣泛與開放的合作，尤其在長三角，地方實力強、高校數量多、產業基礎好，更多樣的合作機制等待發現與探索，也充滿創新的可能性。

光源跨域，資源同享

在長三角，未來，關於光源的跨域合作有更加廣闊的想象空間——除了已經投入運行的合肥光源、上海光源，已經開工建設的合肥先進光源，江蘇蘇州和浙江金華可能會再建同步輻射裝置。

2020年，金華便啟動浙江產業光源建設專班。浙江光電子研究院成立以后，團隊深入長三角地區和浙江省域的103家行業頭部企業和高校院所開展6輪光源需求調研，形成數據報告，支撐產業光源的設計和可研報告編制。浙江（金華）產業光源目前已進入產業光源選址、地塊研究和概念性方案設計階段。

2022年，蘇州實驗室獲批成立。2023年9月，蘇州實驗室總部基地開工，規劃有大科學裝置區域，光源束線站設計、同步輻射X射線應用的相關科研人才在同步招聘中。

顯然，金華、蘇州等地不滿足於共建線站，都盼望「家門口」有個光源。一位科技領域的政府官員判斷，光源可能是性價比最高的大科學裝置之一。這筆賬應該怎麼算？

現行模式下，同步輻射等大科學裝置建設幾乎完全由財政撥款，並且造價高昂。以合肥先進光源為例，2023年9月開工，總投資約為27億元，中央預算內投資近8億元，中國科大自籌1億元，安徽省建設資金撥付超過18億元。根據已建成的光源項目運營經驗，運行過程中的電力消耗、設備維護等，每年運營費用約為建設投入的十分之一。

再來計算回報。光源及其周邊，將吸引一批高水平科研人才。鍾俊的選擇便是很好的例子。他原本在北京工作，2010年入職蘇州大學，正是聽説學校將與合肥光源共建線站，並且蘇州與上海距離很近，方便他到上海光源開展工作。「我擅長的領域與同步輻射相關，如果沒有相關條件，研究沒辦法開展。」

光源在當地落成后，像鍾俊這樣的人才會聚集過來。而同步輻射裝置是頂級的科研利器，在國防軍工、新材料、新能源、生物醫藥，甚至考古發現等領域都有廣泛應用，相當數量的科研人員會「趨光」而來。全國相對頂尖的一批科研人員在此進行實驗、展示課題，大型科學中心就此形成。這是一個活力社區，也是一臺創新引擎。

尤其在當下，同步輻射裝置在國內尚屬稀缺資源，若率先建成，光源將成為當地新地標，對城市形象的提升也有帶動作用。

不過，盲目跟風不可取，「光源熱」需要警惕。一方面，對地方政府而言，大科學裝置建設的投資並非小數目；另一方面，對於人才吸引、產業提升等，光源等大科學裝置能夠「錦上添花」，卻不能「雪中送炭」，當地的科研實力、產業基礎都應綜合考慮。

如今，葉逸凡等科研人員早就習慣了上海、合肥兩地跑。「合肥光源偏功能，看電子態、化學態和氫元素結構等；上海光源偏結構，看原子位置、晶格結構和元素信息等更方便。」葉逸凡解釋，「合肥光源和上海光源的互補性非常強，如果這些信息不放在一起，沒辦法把整個過程想清楚。」

一位相關領域的科研人員告訴記者，保守估計，超過一半的高水平成果都由幾個光源合作完成。

不僅如此，光源建設階段，上海與合肥科研人員經常進行技術交流，雙方相互擔任科技委、用户委專家，指導裝置建設運行和規劃；在人才培養工作上，兩地光源也會交換學生，聯合培養，雙向輸送。可以説，「關係」相當親密。

近年來，滬蘇浙皖簽署長三角重大科技基礎設施聯動發展合作備忘錄，協同推進以光子科學為核心的重大科技基礎設施集羣開放共享，為長三角區域產業科技創新提供了有力支撐，利用光子科學設施形成的有關研究成果已應用於京東方、聯影等長三角企業產品中。

在不久的將來，科研人員或許要上海、合肥、蘇州、金華等多地跑，不過這是「幸福的煩惱」。長三角幾個光源建成后，強強聯合，成為世界一流的探測微觀世界的利器，共同發出「神奇之光」，輝映新的光芒，照亮科研之路。

原標題：《「光源」不夠用了？一臺裝置幾十億元，上海江蘇浙江安徽搶着建》

欄目主編：陳抒怡

來源：作者：解放日報 鞏持平 劉暢