半月谈丨国之重器,闪耀浦东

2018/09/28 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
  半月谈记者 王琳琳 何欣荣 

  今年4月底,作为新中国成立以来投资最大的世界级大科学装置——硬X射线自由电子激光装置,在上海浦东张江综合性国家科学中心全面开工。

  在这个装置背后,张江已形成一个世界领先的光子大科学设施集群,服务国内外的科研人员。张江综合性国家科学中心,正向着全球规模最大、种类最全、综合能力最强的光源大科学设施集聚地阔步前进,为攻克人类能源、环境、材料、物质、地球和生命科学等领域的重大科技难题输出强劲科技原创力。

  装置齐聚,释放“场效应” 

  张江综合性国家科学中心拥有一批顶尖光研究领域大科学设施,这不仅有利于提高一座城市科技创新水平,更有利于充分发挥科技创新的“场效应”。

  上海光源工程是我国迄今为止建成的用户最多的大科学装置和多学科研究平台。自2009年运行开放以来,上海光源已服务了来自全国各地的高校、研究机构、医院和企业等近500家单位的2万多名用户,执行课题1万多个,每年供光运行约5500小时。

  超强超短激光被认为是人类已知的最亮光源,能在实验室内创造出前所未有的超强电磁场、超高能量密度和超快时间尺度综合性极端物理条件,在台式化加速器、超快化学、阿秒科学、材料科学、激光聚变、核物理与核医学、实验室天体物理等领域具有重大应用价值,是国际科技竞争重大前沿领域之一。

  去年10月24日,上海超强超短激光实验装置项目首次实现10拍瓦激光放大输出,创造了国际该领域新的世界纪录。目前,该装置项目正按照计划紧张建设中。

  蛋白质是生命活动的载体,研究蛋白质可以为医学诊断、药物研发、生物技术和现代工农业发展打下坚实基础。在上海光源大科学装置的支持下,蛋白质设施由规模化蛋白质制备系统、晶体结构分析系统、核磁共振系统等9大系统组成(其中蛋白质晶体结构分析系统和动态分析系统位于上海光源同步辐射装置内),形成了功能完备的蛋白质研究先进装备体系。

  张江实验室张旭院士透露,蛋白质设施正努力向着引领国际蛋白质科学研究目标迈进,设施年服务课题数已超过1400个,用户在全球一流学术刊物上发表论文约200篇,其中包括破解埃博拉病毒入侵机制等重要发现。下一步,通过仪器设备的功能拓展和技术升级,蛋白质设施将全力支撑类脑智能研究,通过生命科学与信息科学的交叉,迎接人工智能的时代浪潮。

  运行开放,输出强劲科技原创力 

  世界级大科学装置开放的过程,是培养国内科研队伍生力军的过程,也是持续产出原创高质量成果的过程。

  在结构生物学领域,上海光源一经投入使用,就迅速改变了我国结构生物学家以往主要依赖国外同步辐射装置开展前沿领域研究的局面,支撑他们在膜蛋白、蛋白质复合物以及与禽流感、埃博拉、艾滋病、手足口病等流行病毒相关的蛋白质结构与功能研究中取得了一批具有国际影响的重要成果。

  著名结构生物学家颜宁课题组借助这里的光揭示了葡萄糖转运蛋白工作机理,成功解析出人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的三维晶体结构。2012年诺贝尔化学奖得主、斯坦福大学教授布莱恩·科比尔卡评价说:“要针对人类疾病开发药物,获得人源转运蛋白结构至关重要。对于GLUT1的结构解析是极富挑战、极具风险的工作,因此这是一项伟大的成就。”

  “上海光源是一个多学科的平台,可以利用终端实验站来开展各种各样的科学研究。”中科院上海应用物理研究所研究员、上海光源中心副主任何建华说,有了这个平台,科学家从世界各地来到这里,团队迅速聚集,许多学科领域快速发展。上海光源建成前,国内的结构生物学团队不到50个,建成后增长四五倍,现在有200多个团队在国内从事研究。

  不限于结构生物学领域,大科学设施在凝聚态物理、生物医药、材料科学、能源环境和地球科学等领域也产生了一批代表性科研成果,包括中国科学院物理研究所丁洪研究组首次观测到外尔费米子的特征性现象表面费米弧、中国疾控中心高福研究团队率先揭示的埃博拉病毒入侵机制、高致病性禽流感病毒跨种传播机制与H7N9感染人传播机制等。

  就在不久前,北京故宫博物院与上海光源合作,在故宫出土的清代乾隆时期紫金釉(碎片)中,发现其表面布满了大尺寸、高纯度的亚稳相ε-Fe2O3单晶,这对于揭示紫金釉产地来源、原料选择、烧制工艺等具有重要科学价值,对现代磁性材料的制备具有重要借鉴意义。

  后续工程建设稳步推进 

  依托先进的大科学基础设施群,浦东已集聚起全球高端创新资源,向着跻身世界一流实验室的目标不断接近。

  目前,上海光源后续工程建设稳步推进,预计2020年前可拥有近40条光束线站。这些线站建成后将极大地提升和拓展上海光源的综合实验能力与用户支撑能力,使其动态研究、原位研究、复杂过程研究和综合研究的能力实现跨越,实现高指标的空间、时间和能量分辨能力,提升多元素分析的灵敏度。

  X射线自由电子激光试验装置,将与上海光源互补,成为一种探索自然奥秘和发展高新技术的最先进的研究平台,使人们从拍分子照片进入拍分子电影的时代,该工程目前正在进行调束和调光。

  硬X射线自由电子激光装置,计划在2025年建成。主要建设内容包括一台能量8GeV的超导直线加速器,3条波荡器线、3条光束线以及首批超过10个实验站,整个装置总长约3公里,位于地下30米的隧道中。

  上海软X射线自由电子激光用户装置,是我国第一台X射线自由电子激光用户装置,在水窗波段具有国际先进水平的性能。目前该装置正在进行工艺设备的加工、采购,预计2019年底建成和开放使用。

  何建华说,目前世界各国都认识到大科学装置在国家创新能力建设中的重要地位,许多国家,特别是发达国家在已经建设众多大科学装置的基础上,又在制定新的大科学装置发展规划。期待张江综合性国家科学中心不仅在硬件上夯实基础、持续迭代,更在基础科学研究、创新生态培育、科研制度改革等方面孕育更多重大突破。

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