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封東來院士主講“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂:名師面對面”(第二十五期)
發布日期:2024-05-24 浏覽次數:
  供稿:孫琰  |   圖片:闫琳琳、周墨   |   編輯:時暢   |   審核:封東來、高原甯

2024年5月17日下午,由beat365官方网站、北京現代物理研究中心、北京物理學會主辦的“beat365物理學科卓越人才培養計劃講堂:名師面對面”(第二十五期)在beat365理科教學樓208教室舉行。中國科學技術大學傑出講席教授/核科學技術學院執行院長、國家同步輻射實驗室主任封東來院士應邀講授“愛上‘大眼睛’的九個理由”。本期講堂由beat365官方网站院長、北京現代物理研究中心副主任高原甯院士主持。

走進教室,映入眼簾的是合肥先進光源(Hefei Advanced Light Facility,HALF)的俯瞰效果圖。這個位于安徽省合肥市未來大科學城的大科學裝置整體造型宛如一隻“大眼睛”,意為探測微觀世界的“鷹眼”、照亮科技前沿的“燈塔”。

獲得國家“十四五”重大科技基礎設施立項、2023年9月動工建設的合肥先進光源是基于衍射極限儲存環技術的第四代低能量區同步輻射裝置,産生的軟X射線的亮度和相幹性較前代光源均提升百倍以上,從而在空間、時間、能量等維度上具有更高的精度和靈敏度,實現複雜體系電子态、化學态、自旋态的精确測量,為物質科學、生命科學、地球科學、材料科學、信息科學等領域基礎研究和應用研究提供強大支撐。

封東來向同學們展示了同步輻射光源的發展曆程和全球分布

同步輻射本質上是以接近光速運動的帶電粒子(電子、離子)在磁場中發生偏轉、在沿其曲線運動的切線方向上産生的電磁輻射,因1947年在電子同步加速器上首次觀測到而得名。由于同步輻射光具有寬頻譜、高準直、高偏振、高亮度、高穩定性等優異特性,同步輻射裝置可以在覆蓋紅外、可見光、真空紫外、軟X射線、硬X射線的波段為所有電磁波探針實驗技術提供高性能光源,大量尖端實驗手段僅在同步輻射裝置上才能高效應用。

同步輻射光源自誕生以來,已經曆了四代更疊:第一代光源寄生于粒子加速器。第二代光源的儲存環專門用于産生同步輻射光。第三代光源采用波蕩器等插入件,以優化同步輻射光性能。第四代光源普遍采用緊緻型多彎鐵消色散結構,以得到極低的衍射極限發射度和極高的亮度、相幹性。同步輻射光源是目前運行數量最多、适用範圍最廣的大科學裝置。據統計,迄今有50多台同步輻射光源分布在20餘個國家和地區,年均10萬人次左右的多學科、跨領域用戶在實驗線站從事基礎研究和工業研發。

作為合肥先進光源的建設者和使用者,封東來和項目團隊成員對“大眼睛”傾注了常人難以想象的熱忱與執着,也收獲了常人無法體會的幸福與快樂。他向同學們講述了自己愛上“大眼睛”的九個理由:

封東來說,建設“好用”的光源是國家同步輻射實驗室幾代“追光者”的初心

一是,建大國利器知重負重、攻堅克難、精益求精的自豪感。合肥先進光源建成後,将成為國際先進、亞洲唯一的低能量區同步輻射光源,儲存環能量達2.2 GeV,關鍵性能指标國際領先或獨有的光束線站容量不少于35個,與位于北京市懷柔科學城的高能同步輻射光源(HEPS)和位于上海市張江高科技園區的上海光源(SSRF)構成我國全能區覆蓋的先進同步輻射光源體系。

二是,用世界最“亮”裝置、做宇宙最“靓”研究的意義。《科學》(Science)曾在創刊125周年之際發布了包括“記憶如何存儲和恢複”在内的125個推動基礎研究的科學難題,涉及宇宙演化、物質結構、生命起源、人類健康等。阿爾茨海默症是一種引發認知障礙和記憶能力損害的中樞神經系統退行性疾病,導緻患者日益惡化的生活能力減退和死亡。合肥先進光源在相幹散射成像方面的技術突破可以将細胞三維成像分辨率提高到幾個納米,有助于揭示阿爾茲海默症的發病機制,為藥物研發提供新思路。

三是,既要勇于探索、突出原創,又要應用牽引、突破瓶頸的價值。我國科學家曾利用合肥光源發現系列重要燃燒中間體,揭示了燃燒反應路徑及其動力學;探測到煤基合成氣制烯烴關鍵中間産物,打破了傳統費托極限。合肥先進光源将在功能材料、輕質材料、能源環境、生命健康等戰略高技術領域和民生科技領域發揮科技引擎作用,推動産業創新發展。

四是,用多學科交叉方法、做跨尺度前沿研究的自由。封東來例舉了通過同步輻射的共振彈性X射線散射技術發現磷化錳(MnP)中新穎的螺旋軌道密度波有序,通過同步輻射的共振非彈性X射線散射技術發現無限層鎳基超導體(NdNiO2)薄膜中的電荷密度波,利用同步輻射的X射線納米全息斷層成像等手段為锂離子電池材料研發提供系列技術解決方案。

五是,具備全面突出技術能力、善于解決複雜工程問題的底蘊。封東來強調,合肥先進光源背後離不開工程團隊的專業能力、專業素養和敢創新、肯吃苦的工匠精神。重大工程建設不僅需要能夠獨當一面的單項冠軍,更需要能夠解決複雜問題的全能選手。

六是,半百“源”點亮全球、融入大科學開放生态的視野。随着科學研究的複雜性、系統性、協同性顯著增強,國際合作已成為推動科技創新的必選項。合肥先進光源将與坐落于歐洲、美洲、亞洲、大洋洲的光源互學互鑒,構建未來夥伴網絡,應對人類共同挑戰。

七是,壯大國家戰略科技力量、提升國家創新體系效能的情懷。封東來表示,國家實驗室的使命擔當就是從國家急迫需要和長遠需求出發,承擔周期長、風險大、難度高的重大任務,着力解決影響制約國家發展全局和長遠利益的重大問題。

八是,擔綱領銜大設施建造、組織領導大兵團作戰的自信。封東來坦言,重大設施建設的組織模式、管理體制和激勵機制是一門學問。合肥先進光源探索形成了以工程辦公室為樞紐的組織管理架構,全員強化“工程意識”,建立起全生命周期的質量控制體系。

九是,親曆大科學工程攻關、人生理想融入集體事業的成就感。封東來追憶了“人民科學家”南仁東為“中國天眼”“踏過平庸”的感人事迹,高度概括了自1984年合肥光源一期工程動工至今,國家同步輻射實驗室幾代“追光者”“功成不必在我、功成必定有我”的精神内涵和“自立自強”“頂天立地”的不渝追求。

同學們追“光”逐“源”的熱情高漲,争相提問

封東來還就同步輻射的前景與挑戰,及其與中子散射、自由電子激光的區别等,與同學們展開熱烈讨論。他提醒同學們,使用者不能成為技術和工具的奴隸,而要讓它們服務于自己的需要。

固态量子器件北京市重點實驗室副主任廖志敏教授和物理學國家高層次人才培養中心部分2022級博士研究生現場出席。

封東來(一排左二)、高原甯(一排左一)、廖志敏(一排左三)鼓勵同學們以青春鑄大國重器、向未來溯“光”而上