文汇报:用“好光”照亮科学最前沿

(记者 许琦敏)春节刚过,位于张江的上海光源又热闹起来:这一边,用户从全国各地赶来做实验,7条光束线站又开始了24小时全天候运行;那一边,一批新的光束线站即将启动建设。上海光源国家科学中心(筹)主任徐洪杰透露,后续建设将聚焦科学发展最前沿——新材料、能源、环境。

新的科研生态群落因光源而生

从中国大陆首座第三代同步辐射光源中射出的缕缕光束线,一年多来已为生命科学家解析出53个蛋白质结构、让医生首次看到了皮肤中影响烧伤后恢复的三维结构,更帮助材料学家“透视”了许多材料形成过程的“黑箱”。

上海光源立项时预计用户数300,运行一年多实际超过了2100,用户机时需求为可供机时的3至5倍。而且,正如上海光源“鹦鹉螺”建筑上的曲线那般,中国最好的科学家、最顶尖的实验室,正不断被吸引而来,形成一个新的科研生态群落。

同步辐射光,将人类认识自然的“视力”提升到了新的锐度,很多以前只能揣测、无法验证的物理化学过程、动植物生命结构,都能直接、实时呈现在科学家眼前。如今,上海光源的用户正从“散户”向“常客户”、“大户”乃至“联合体”演进。

2009年3月,中科院大连化学物理研究所包信和院士的课题组将他们研究了多年的一种新催化剂拿到光源上做原位实验,得到了催化剂在催化反应过程中的动态数据。这套数据使研究有了漂亮而令人信服的成果,不久后论文发表于美国《科学》杂志。此后,大化所的科学家几乎“铆牢”了上海光源,课题组长轮番前来,仅所长张涛就带来了三个课题组。如今,一个由大化所与上海光源合作成立的联合实验室已在孕育中。

还记得望远镜发明后,人们怀着多么新鲜而兴奋的心情,张望深邃的夜空吗?来到上海光源的科学家们有过之而无不及。好奇,为上海光源带来了一位新的合作伙伴——中国林业科学研究院,它把光源与植物搭上了关系。通过X射线成像线站的显微CT,林学专家第一次看到了竹子的发育过程:发芽、拔节、导管生长,甚至水分、养料的传输都历历在目。竹子可以看,水稻能看吗?水稻专家也来了,他们想从细胞结构上研究水稻的抗倒伏、抗旱特性。那么中草药呢?中医药专家带来了人参,也想给它做一个显微CT……

辐射、汇聚、交叉……上海光源正延展出更多新“视线”,看向未知领域、解决重大科技问题。

聚焦科研竞争激烈的材料、能源和环境领域

投入运行以来,上海光源的组织形态悄然改变:原先的7条光束线站小组,已组建成生命科学、物理与环境科学、能源与材料科学、先进成像与工业应用4个研究部。徐洪杰说,这种改变是为了聚焦世界上科研竞争激烈的材料(material)、能源(energy)和环境(environment)领域——好钢用在刃上,“好光”要照亮科学的最前沿。

据中国科学院副院长、上海光源总指挥江绵恒介绍,主要在“十二五”期间实施的上海光源后续建设,包括蛋白质线站工程、上海光源二期工程、X射线自由电子激光预研工程等,总计新建约30条线站。组织形态的改变,正是为了让这些线站有机协同,协力解决关键的科学问题——

为捕捉二氧化碳“编箩筐”。气候变化所带来的巨大压力,使科学家萌生了把空气中的二氧化碳捕获,封存地下的念头。但拿什么来“抓”二氧化碳?利用光源,可以研究候选材料的细微结构、搞清机理,有了合适的材料,就能“编”出特别善于“抓碳”的“箩筐”。利用光源,还能在短时期内模拟出上千年的地质变化,以评估二氧化碳封存后对地下环境产生的影响。

“裁剪材料”造高能电池。爱迪生发明电灯泡,在找到钨丝前经历了1500多次失败——“海底捞针”式的选材方法,已不适合今天。在光源上,科学家可以清楚地看到材料合成过程中的微观变化、分析出材料的各种特性,进而根据所需特性来改造乃至“定向合成”新材料。美国伯克利国家实验室在同步辐射实验装置上的一项最新研究结果表明,利用光源分析锂电池充放电中的“量子调控”,有可能大幅度提高锂电池的储能容量,而且材料可能非常廉价!

“核能线站”解决基础问题。上海将主导新一代核能反应系统的研发,首先要面对一堆最基础的问题:什么样的结构材料能够胜任高温、高辐照、高腐蚀的核反应环境?核裂变过程中的裂变产物如何分离?放射性废料如何处理?为此,在光源二期建设中将建一条专线,并且配备专门的放射性实验室。

徐洪杰说,这仅仅是一个开始,随着一条条光束线逐步建成,围绕光源的科研生态群落日趋成熟,上海光源对未来的科研热点将有越来越敏锐的觉察力,发挥越来越大的开创和引领作用。(《文汇报》2011年2月21日01版)