科创观察员|第四代光源快速建设中，第三代光源典范上海光源正答“发展之问”
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科创观察员|第四代光源快速建设中，第三代光源典范上海光源正答“发展之问”
从空中俯瞰张江，上海光源像是榴莲网一个“鹦鹉螺”。
在时间的维度上，上海光源走过了一条不平凡之路。30年前，它还只是一个构想；20年前，它还只是手绘的草图；15年前的5月6日，首批7条线站正式对用户开放；就在这个月，上海光源线站工程还将迎来国家验收。如今，它不仅出现在上海初中生的课本封面上，更是国家重要的战略科技力量，是上海建设具有全球影响力的科技创新中心的重要支撑。
作为我国大陆第一台第三代同步辐射光源，由国家发改委、中国科学院和上海市人民政府共同投资建设，上海光源已有34条光束线和46个实验站，是国际上现阶段光子能区覆盖最广、运行线站数量最多的中能第三代同步辐射装置，总体性能和综合实验能力位居国际先进水平。
未来5年，上海光源将迎来运行开放的又一个黄金时期。与此同时，国际上已建成3台第四代同步辐射光源装置，在建10台，计划筹建5台。作为第三代光源典范，上海光源将如何未雨绸缪答好这道“发展之问”？
【犹如一台超级显微镜】
鹦鹉螺揭示着大自然演变的奥秘，上海光源则以光揭示着微观世界的奥秘。
光其实是电磁波，大部分光是“不可见的”。1947年，人类在电子同步加速器上首次观测到同步辐射光。除了在实验室人工产生，在广袤的宇宙空间也存在着同步辐射光，早在1054年我国宋代观察并记录的超新星爆发所发出的亮光就是同步辐射光。
上海光源犹如一台超级显微镜，当同步辐射光照射到实验样品上，会产生衍射、散射、折射、透射、吸收等现象，与物体相互作用可产生荧光和光电子，引起物体的激发、电离和碎裂等现象。科学家正是借助这些现象，来探索未知的世界。
中国工程院院士、上海光源科学中心主任赵振堂介绍，与国外同类的中能同步辐射装置相比，上海光源不仅光子能区覆盖最广、运行线站数量最多，在跨光子能区组合、单脉冲成像、生物防护级别等方面也是别具特色。以膜蛋白束线为例，与第三代和第四代同步辐射光源相比，上海光源的光子通量密度均达到国际先进水平。在混合填充模式下，上海光源的单束团流强最大可超过20毫安，从而可以进行超快X射线成像，这是目前国际上中能光源里唯一能做到的。
【服务用户超47000名】
“五一前最后一个工作日，我看到上海光源食堂满满都是人，其中大部分都是用户。”中国科学院原副院长、张江综合性国家科学中心办公室常务副主任施尔畏说，最初，很多人担心上海光源没有足够的用户，事实上如今的上海光源近乎满负荷运行，用户得排队申请。
开放15年来，上海光源服务了全国34个省级行政区近800家单位、约4500多个研究团队的超47000名用户，成为我国目前用户最多的大科学装置。
“我和上海光源的缘分不止15年，因为在2008年试运行期间，我就来做实验了。”中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和说。上海光源开放运行一年后，就诞生了第一篇发表在《科学》上的论文，包信和团队正是该论文的作者。
“如果没有上海光源，我的团队在病毒学研究方面，很难有可以和国际同行比拼的成果。”中国科学院院士、中国科学院微生物研究所研究员高福说。他的团队利用上海光源等大科学装置，解析了禽流感病毒、冠状病毒和埃博拉病毒等病原体与宿主“高清”的互作机制，并在此基础上，开发了疫苗、抗体和抑制剂来阻断病毒的生命周期。
中国科学院院士、上海交通大学李政道讲席教授丁洪感慨不已：“2008年铁基超导研究兴起，中国科学家成为研究先锋，但囿于先进实验装置的限制，许多实验只能去国外。直到2009年上海光源开放运行，给了我们以契机。”他的团队利用上海光源首次发现外尔费米子，不仅入选中国科学十大进展，还入选美国《物理评论》125周年纪念论文集。
上海光源是我国成果产出率最高的大科学装置，支撑用户完成了2万多个实验课题，发表研究论文超过11000篇，包括国际顶尖学术期刊《科学》《自然》《细胞》论文220多篇。上海光源在生命科学、材料科学、凝聚态物理、化学、能源环境和医学等学科前沿和应用研究方面，取得了一系列重大研究成果。其中，9项入选年度中国科学十大进展，6项入选年度中国十大科技进展新闻，5项入选国外重大科学进展或突破，还有8项获得国家自然科学奖、国家科技进步奖和国家科技发明奖。
【为百余家企业定制服务】
“产业用户已成为近阶段用户主要增长点。直接利用上海光源的企业用户接近10%，这在国际同类装置中也并不低。间接数据则难以统计，比如上海光源的用户有一半来自高校，而其中很多研究是为企业服务的。”赵振堂告诉解放日报·上观新闻记者。
上海光源已为100多家企业提供定制化服务，涵盖生物制药、化学化工、新能源、高性能材料等领域。支持4个一类创新药的研发与上市，其中百济神州利用生物大分子晶体学线站的相关结构研究开发的抗癌新药“泽布替尼”于2019年11月在美国获批上市，改变了中国抗癌药“只进不出”的局面，成为我国首个年销售额超10亿美元的药物。
助力科学研究与产业发展深度融合，上海光源在全球首条单层氧化石墨烯生产线上线、新能源汽车电池材料研发迭代等方面取得重要进展；解决国内极紫外光刻胶研发过程中的表征难题；支持高性能高强碳纤维材料国产化千吨量产；解决高性能高铁接触线连铸工艺；支持开展复兴号材料工艺改良验证……
【如何发展上海新一代光源】
当下，国际上同步辐射光源发展态势如何？
“第三代光源是运行主流，第四代光源是建设重点。”中国科学院上海高等研究院副院长、上海光源中心常务副主任邰仁忠说，第三代光源开始大规模升级；产业应用越来越突出，首台专用大型产业专用光源即将在日本向用户开放。
同样地，我国也正在北京、合肥建设第四代光源，另有武汉、深圳和东莞提出了建设建议。
面向未来，如何发展上海新一代光源？
如今，精细电子结构探测需要0.1兆电子伏的能量分辨率，纳米介观尺度的集体激发行为仍缺乏有效观测手段，先进光刻工艺研究对分辨率和效率提出了更高要求，全景式直接观测化学反应过程还缺乏有效手段……
“凡此种种，都要求上海光源不能原地踏步，而需进一步升级改造。”赵振堂告诉解放日报·上观新闻记者，与上海光源同期建造的中能同步辐射光源，均已启动升级计划。
目前，上海光源正在酝酿比较不同的升级方案。若原址升级，投入最小，对运行的影响也最小，但性能提升有所限制；若原址新建，性价比最高，但对运行影响大；若新址新建，性能最优，但投入最大。
“科学需求牵引装置发展，装置榴莲网的发展又会催生新的科学和技术。”赵振堂说，期待下一个15年，上海光源将为发展新质生产力提供新动能，“追光”不息。