大國之“光” 當人類凝視宇宙的深邃，總渴望借助一束光穿透未知。大科學裝置正是這樣一束光——它照亮微觀粒子的精妙舞蹈，解碼生命起源的原始密碼，甚至讓轉瞬即逝的量子躍遷凝固成可供研究的“標本”。 此次，我們將重磅推出《大國之“光”——中國大科學裝置巡禮系列報道》，以“光”為線索，走進這些中國大科學裝置的殿堂，聚焦激光與光源領域的核心設施，開啟一場跨越時空的“追光之旅”—— 從每秒振蕩萬億次的飛秒激光，到能穿透物質骨骼的同步輻射光源，從捕捉“幽靈粒子”的地下迷宮，到再現太陽核心能量的超強激光裝置…… 在這里，我們將以全景視角展現這些科學利器的非凡魅力，揭秘這些“超級工具”如何解碼微觀世界、探索宇宙奧秘、賦能人類生活。 從南海之濱到燕山腳下，從地下實驗室到深空觀測站，中國大科學裝置集群正編織著一張立體的創(chuàng)新網絡。 據透露，目前，中國已建成運行57個大科學裝置，在材料、能源、生命科學等領域構筑起立體化創(chuàng)新矩陣。這些被稱為“國之重器”的超級工具，不僅是衡量國家科技實力的標尺，更是人類探索自然奧秘的階梯。 當我們凝視這些照亮未知領域的“中國之光”，看到的不僅是科技實力的具象刻度，更是一個文明古國在創(chuàng)新長跑中重新定義領跑姿態(tài)的“精神光譜”。今日推出《大國之“光”——中國大科學裝置巡禮系列報道》之三深圳自由電子激光裝置： “超級光劍”騰空而出 在深圳光明科學城，一座形似長劍的銀色建筑正蓄勢待發(fā)，靜待“出鞘”。 這就是被央視《新聞聯(lián)播》稱為“超級光劍”的深圳自由電子激光裝置，建成后，這座國之重器將以每秒百萬次脈沖的X射線激光，開啟人類觀測微觀世界的“超清模式”。 深圳自由電子激光裝置全稱叫深圳中能高重復頻率X射線自由電子激光，是深圳光明科學城重大科技創(chuàng)新載體，也是全國第一臺由地方主導投資建設的先進光源大科學裝置，這個裝置是目前全球僅有的3個重復頻率達一百萬赫茲的自由電子激光項目。 從2024年7月獲批至今，這個總投資114億元的“科技之劍”已吸引全球頂尖科學家匯聚，與上海硬X射線裝置形成“雙子星”格局，更與松山湖科學城攜手構建大灣區(qū)創(chuàng)新共同體。 未來，它的每一道光束，都在叩擊著新材料研發(fā)周期減半、生物醫(yī)藥研發(fā)效率躍升的產業(yè)變革之門。 01 百億“鑄劍”： 全球尖端光源落子深圳 從外觀上看，深圳自由電子激光裝置猶如一把蓄勢待發(fā)的 “超級光劍”。 據設計方介紹，建筑設計靈感源自 “昆吾劍切玉如泥” 的傳說，整體呈竹筍拔節(jié)狀向上生長，屋頂線條恰似寶劍出鞘，將建筑美學與科研功能完美融合，盡顯科技鋒芒。 該裝置于2024年7月可行性研究報告獲正式批復，項目總投資114億元，總建筑面積超35萬平方米，規(guī)模宏大。目前各項建設工作正緊鑼密鼓地推進。 它基于直線型超導加速器，是全新一代 X 射線相干光源大科學裝置。全球僅中國和美國布局建設該類型裝置，深圳自由電子激光裝置將成為全球三臺高重頻自由電子激光裝置之一，且是唯一一臺優(yōu)勢波段位于極紫外至軟 X 射線波段的同類型裝置。 據介紹，建設這樣的大科學裝置面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術層面，需攻克高重復頻率、高亮度 X 射線自由電子激光產生的難題，對超導加速器、光束線等關鍵技術要求極高。 例如，超導低溫技術中心需確保超導加速器在極低溫度下穩(wěn)定運行，以實現電子的高速加速；超快激光技術中心要提供超短脈沖、高能量的激光，用于電子束的調制。 此外，工程建設方面，要保證超長跨度、超高精度的建筑施工，滿足裝置對穩(wěn)定性、防震等嚴格要求，每一個環(huán)節(jié)都不容有失。 作為深圳首個通過國家發(fā)改委“窗口指導”的大科學裝置，其2024年7月獲批可研報告后，深光院（深圳先進光源研究院）迅速組建八大技術中心，從加速器技術到超快激光系統(tǒng)，全力攻克超高精度設備研制與復雜系統(tǒng)集成難題。 目前裝置初步設計及概算正在優(yōu)化，預先研究與實驗條件建設同步推進，這座被列入2025年深圳市重大項目的“科技光劍”，正朝著照亮微觀宇宙的目標穩(wěn)步進發(fā)。 02 光影捕手： 給分子拍“超高清電影” 作為全球僅有的三臺高重頻自由電子激光項目之一，深圳自由電子激光裝置不僅能夠發(fā)出世界上最亮的軟X射線和極紫外光，還將與規(guī)劃中的同步輻射裝置“交相輝映”，為材料科學、生命科學等領域提供革命性的研究手段。 它的建成將極大助力物質科學領域的原始創(chuàng)新，并為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、匯聚全球頂尖人才提供重要平臺，成為推動粵港澳大灣區(qū)乃至全國科技進步的重要力量。 深圳自由電子激光的核心突破在于其時空分辨率的顛覆性提升。傳統(tǒng)同步輻射光源如同照相機，只能捕捉分子靜態(tài)瞬間；而這臺裝置則以每秒百萬次的高頻脈沖，形成亮度超太陽百億倍的極紫外與軟X射線激光束，相當于一臺超高速攝影機。它能實時追蹤化學鍵斷裂、蛋白質折疊等原子尺度的飛秒級動態(tài)過程，將微觀研究帶入“分子電影”時代。 獨特波段設計使其成為不可替代的科研利器。相比上海SHINE聚焦硬X射線，深圳裝置的優(yōu)勢波段（極紫外-軟X射線）對輕元素更為敏感，特別適用于觀測有機分子、生物組織及催化劑表面反應。中科院院士楊學明指出，該裝置將引領新一代信息技術、生物醫(yī)藥、能源催化等領域的原始創(chuàng)新，為破解“卡脖子”技術提供全新視角。其光束線站設計可同時服務多學科實驗，如同一座永不落幕的微觀世界“觀測站”。 03 創(chuàng)新引擎： 照亮產業(yè)升級的未來之路 這把“科技光劍”的鋒芒將賦能產業(yè)前沿。在生物醫(yī)藥領域，它能解析病毒入侵細胞的瞬間機制，加速靶向藥物設計；在新材料研發(fā)中，可實時觀察電池充放電過程的離子運動，推動儲能材料突破。 目前，深光院已與多家高新技術企業(yè)共建聯(lián)合實驗室，在高端科學儀器、紅外激光3D打印、氫能催化劑等領域開展橫向攻關，實踐科技成果“沿途下蛋”。 這個裝置的戰(zhàn)略價值更輻射整個大灣區(qū)。作為粵港澳綜合性國家科學中心的核心設施，該裝置與東莞散裂中子源形成“雙子星”互補。 據相關負責人介紹，它將滿足芯片制造、精準醫(yī)療等產業(yè)的升級需求，推動大灣區(qū)形成高新技術集群。南科大同步建設的材料基因組大科學裝置，正通過激光3D打印、非晶陶瓷等技術與深圳“20+8”產業(yè)集群對接，雙裝置協(xié)同有望將新材料研發(fā)周期與成本雙雙減半。 04 科學王牌： 光明科學城的“硬核”突圍 值得一的是，深圳自由電子激光裝置是光明科學城創(chuàng)新版圖的一塊拼圖。 “十四五”期間，深圳市在光明科學城這片99平方公里的熱土上，布設了一系列重大科技創(chuàng)新載體：數學科學軸上，布設了“鵬城云腦Ⅲ”、國家超級計算深圳中心（二期）等；物質科學軸上，落子了深圳中能高重復頻率X射線自由電子激光裝置和材料基因組重大科技基礎設施、特殊環(huán)境材料器件科學與應用研究設施；生命科學軸上，布局了腦解析與腦模擬重大科技基礎設施、合成生物研究重大科技基礎設施、光明科學城P3實驗室。 目前，合成生物研究、腦解析與腦模擬、材料基因組三大科學設施已建成啟用，其他設施也正加快建設。 隨著一系列重大科技創(chuàng)新載體的布局和頂尖人才的不斷涌入，光明科學城正逐漸成為世界級科學中心的核心承載區(qū)。通過教育、科技、人才的一體化發(fā)展，光明科學城不僅匯聚了一批批國內外頂尖科學家，還通過深化跨區(qū)域、跨機構、跨學科的合作，探索出了大灣區(qū)科技自立自強的“光明實踐”。 在通往科技強國的道路上，“深圳光劍”即將出鞘，將以無盡的光芒照亮著中國基礎研究的創(chuàng)新之路，為粵港澳大灣區(qū)建設國際科技創(chuàng)新中心提供堅實支撐。
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