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探究生命與物質(zhì)奧秘，中國再鑄兩把“利器”　　——北京懷柔科學(xué)城兩個(gè)大科學(xué)裝置同日開建

本報(bào)記者華凌

6月29日，北京風(fēng)和日麗。在美麗的雁棲湖附近，懷柔科學(xué)城兩個(gè)大科學(xué)裝置——高能同步輻射光源（HEPS）和多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)施同日開建。一個(gè)是探測微觀世界的“超級顯微鏡”，另一個(gè)是生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域世界一流的重大科技設(shè)施。

不久前，美國能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)顧問委員研究報(bào)告《調(diào)控物質(zhì)和能量：科學(xué)的五個(gè)挑戰(zhàn)及展望》指出，“當(dāng)前，人類已進(jìn)入物質(zhì)調(diào)控時(shí)代。通過更精細(xì)地認(rèn)識物質(zhì)（包括生命物質(zhì)和非生命物質(zhì)），在原子甚至電子水平調(diào)控物質(zhì)，使其具有期望的功能和性能。先進(jìn)光源在其中起著關(guān)鍵作用”。顯然，為讓人類游刃于物質(zhì)調(diào)控時(shí)代，中國正鑄造兩把“利器”。

造把“放大鏡”探清微觀世界精細(xì)到10納米量級

“光越強(qiáng)，就越容易看得清楚。高能同步輻射光源的建筑外形猶如‘放大鏡’，寓意為探測微觀世界的利器，可達(dá)10納米量級空間分辨能力。”高能同步輻射光源項(xiàng)目副總經(jīng)理、中科院高能物理研究所多學(xué)科中心主任董宇輝在接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)表示。

“要看清楚粵港澳大橋上某個(gè)工件如何斷裂，目前我們不能做到，而若模擬南方高鹽、高濕、高溫環(huán)境下工件的狀態(tài)，用先進(jìn)光源觀察，可以看到其材料分子級的裂縫程度，從而可實(shí)現(xiàn)在其變化過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控。”董宇輝表示，這種明察秋毫的本領(lǐng)適用于解決很多行業(yè)中的共性問題，可廣泛應(yīng)用到先進(jìn)材料、航空航天、能源、醫(yī)藥、化工、生物工程和微細(xì)加工等領(lǐng)域，提供突破瓶頸問題的手段，從而推動技術(shù)創(chuàng)新，提升企業(yè)核心競爭力，促進(jìn)相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

高能同步輻射光源項(xiàng)目經(jīng)理、中科院高能物理研究所副所長秦慶表示：“HEPS項(xiàng)目是在不斷研發(fā)、攻克難題中推進(jìn)建設(shè)的，主要包括加速器、光束線站及輔助設(shè)施等，預(yù)計(jì)2025年建成運(yùn)行，新建建筑面積12.5萬平方米。”

據(jù)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(shè)計(jì)亮度極高。主加速器采用7BA彎鐵消色散的結(jié)構(gòu)單元，可實(shí)現(xiàn)電子束流的水平自然發(fā)射度小于60皮米·弧度，這也是第四代衍射極限光源的主要特點(diǎn)。這個(gè)設(shè)施將建設(shè)不少于90條高性能光束線和實(shí)驗(yàn)站的能力，可提供能量高達(dá)30萬電子伏特并具有高亮度、高相干性等特點(diǎn)的同步輻射光，以及具備納米量級空間分辨、皮秒量級時(shí)間分辨、毫電子伏特量級能量分辨能力。

據(jù)介紹，建成后的HEPS將是我國第一臺高能同步輻射光源，也是世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。

生物醫(yī)學(xué)全功能研究平臺將達(dá)世界一流水準(zhǔn)

“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(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像裝置可以實(shí)現(xiàn)顯示分辨率越大，圖像越大的效果。而且還可以從不同時(shí)間和空間尺度上形成‘全景圖’。”多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像項(xiàng)目副總工程師、北京大學(xué)教授孫育杰告訴記者。

孫育杰進(jìn)一步解釋道：“生命科學(xué)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(shù)。如要了解人是如何思考的，就要對人腦研究，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中有10億多個(gè)神經(jīng)元，神經(jīng)突觸達(dá)千億級。針對不同尺度，用顯微鏡看神經(jīng)元細(xì)胞的大分子，用電鏡技術(shù)探看神經(jīng)突觸，用磁共振技術(shù)觀察腦部的其他活動等，然后我們通過影像技術(shù)分析及大量計(jì)算，最終把不同空間、時(shí)間尺度的研究對象模態(tài)融合成完整的立體圖像信息。”

“猶如谷歌地圖一樣，既有整個(gè)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(xué)，還可以記錄變化過程中的細(xì)節(jié)。”孫育杰表示。

據(jù)介紹，多模態(tài)跨尺度生物醫(yī)學(xué)成像設(shè)施由北京大學(xué)作為法人單位，聯(lián)合中科院生物物理所建設(shè)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，總投資17.35億元，預(yù)計(jì)2023年建成運(yùn)行。將實(shí)現(xiàn)高端生物醫(yī)學(xué)影像儀器裝備的“中國創(chuàng)造”，成為生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域世界一流的重大科技設(shè)施。