“这里的‘光源’竟比太阳还亮几百倍，能做那么多的事情，真是太迷人了！”“科学家的介绍为我们揭示了同步辐射光源的奥秘！”……在参观中国科学技术大学国家同步辐射实验室后，政府官员、大中小学校师生赞美之声不绝于耳。
5月20日，中国科学技术大学“携手建设创新型国家”科普活动周帷幕拉开，其所属的国家同步辐射实验室作为全国科普教育基地，共有近4000名社会公众参观了同步辐射光源及应用科普图片展、800MeV电子储存环和表面物理光束线模型、直线加速器模型展等。
合肥国家同步辐射实验室二期工程改造后，作为学科交叉的平台和创新研究的基地成果迭出。在这里徜徉、巡礼之时，记者切身感受到了其迷人之处。
科学之光如此闪耀 科学之门如此开放
合肥国家同步辐射实验室是“七五”期间国家批准建设的我国第一个国家实验室，也是唯一一个建在高校中的大科学装置，它有我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源，主体设备是一台能量为800MeV的电子储存环。一期工程1984年11月20日破土动工，1991年12月通过国家验收，总投资6240万元人民币，建有5条光束线和实验站。1997年该实验室二期工程立项，总投资1.18亿元人民币，在原有装置的基础上改造主要系统，2004年12月通过国家竣工验收，并全面向国内外用户开放。
“经过二期改造，我们提高了光源的积分流强、束流寿命和稳定性，保证了加速器的长期、可靠、稳定运行，能提供用户更强的光、更多的用光机时；增建的一台波荡器和8条新光束线和实验站，拓宽了同步辐射应用的领域，提供给用户更为先进的实验方法和技术，能较好地满足用户不断增长的需求，特别是满足优秀科学家在前沿领域开展高水平研究工作的需要。使其作为交叉科研平台的基础功能得到了较大提升。”国家同步辐射实验室副主任高琛语气平和又不无自豪地向记者介绍。
2005年，合肥光源运行流强220～260毫安左右,年运行时间7039小时，年供光时间4688小时，年积分流强达747安培小时，圆满完成了预定的运行任务。对改造完成后的运行情况进行检查的专家组认为：“经过二期工程改造和扩建后，合肥光源的运行性能大为提高，性能（流强和寿命）接近世界同类光源水平。”
“目前，我们的电子储存环通过光束线向实验站输送稳定、足量、优质的同步光，为用户开展有特色、国际前沿的基础研究和应用基础研究提供了物质保障。光源的利用效率也大为提高，是性能优良、稳定可靠的中低能区第二代同步辐射光源，堪称国际同类装置的一流水平。”在实验室工作多年的何多慧院士对记者说。
合肥国家同步辐射实验室现有X射线衍射与散射、软X射线显微术、原子与分子物理、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量等14个实验站，可为国内外用户提供优质的服务，记者采访了解到，实验室专门设有用户专家委员会，由国内同步辐射领域的专家组成，以监督、评价大科学装置的运行开放工作，审议实验线站的发展方向，审批和组织用户课题等，而实验室的年度运行计划、技术指标、运行状态等也都通过实验室网站对外公开。装置的实时运行状态和历史记录都可以通过互联网随时查询，这在国内尚属首创。“大科学工程是用纳税人的钱，以国家财政直接投入的形式建造运行的基础科研设施，向社会开放、向纳税人报告并接受公众的监督是我们应尽的义务。”高琛如是说。
记者还了解到，国家同步辐射实验室实行用户和实验站的相互评价监督制度，用户从光源状态、实验配合等方面对实验站工作人员进行评价。“我们实验室不仅按国际惯例向用户全面开放，而且很多发展方向也都是用户提出的，我们为用户发展相应的技术。不仅如此，我们还要未雨绸缪，探索下一代光源：自由电子激光，目前正与国内相关单位联合申报国家项目‘合肥软X射线自由电子激光实验装置’。该项目完成后，不仅可在软X射线波段达到激光的亮度、强度，而且可附带实现800MeV电子直接注入储存环，不需要在储存环中从200MeV慢加速到800MeV，并为发展随时补充束流损失的准恒流运行模式奠定了物质基础。这样一来，储存环里的电流可以更多，一个环可以当两个环甚至三个环用，投资效益非常高。”高琛介绍说。
实验室从2005年1月至2006年4月，共接待了67个单位的国内外用户，分别来自高校﹑科研院所和企业，完成用户课题248项，累计用光机时33603小时。其中国外用户有美国加利福尼亚大学、日本山形大学、日本法政大学环境科学研究所和德国Bielefeld大学等。
“我们用户课题的学科分布很广，材料占50%，物理占16%，另外，化学、光谱计量、生物、微细加工、环境和考古、医学也有不同的应用。”高琛介绍。
记者采访了正在国家同步辐射实验室做实验的新加坡科技研究局化学与工程科学研究院教授林建毅。他于去年11月利用合肥国家同步辐射实验室的表面物理实验线站，以光电子能谱技术测量金属/半导体和金属/氧化物界面，分析其界面的电子性质与结构。
“这次我们用到光电子能谱和软X射线磁性圆二色两条光束线，主要测磁性。目前的现状是：所有磁性材料都是金属，很难和半导体材料相容。我们研究的是稀磁半导体材料，既有磁性又是半导体。选择在合肥做的主要考虑是这里的服务很到位。”林建毅说，“我们在这里的实验有时会做到夜里两三点，甚至凌晨五点，住在这里的专家公寓也比较方便。而且实验室的技术人员为了确保实验，通宵达旦陪伴我们，精神也诚为可贵，一般西方国家的同类实验室是不会这样陪用户的。”
合肥国家同步辐射实验室还在2003年获教育部批准建设“同步辐射博士生创新中心”。主要目的是吸引更多国内大学和研究所相关学科的博士生以访学者的身份来实验室开展多学科交叉学术交流，利用大科学装置进行高层次的研究型学习与实践。
创新中心设立了“同步辐射研究生创新基金”。鼓励全国研究生利用同步辐射装置开展原创性研究，支持研究生选择创新性强及富有挑战性的基础研究或应用基础研究课题。2005年，国家同步辐射实验室已向20个研究生创新课题提供了5265小时的用光机时。可以相信，随着他们的成长，我国的同步辐射事业也将迎来一个蓬勃发展的春天。
赤子情怀如此炽热 创新之花如此绚丽
国家同步辐射实验室研究员齐飞领导的小组与美国、德国的科学家合作，首次在实验中发现了一系列碳氢化合物氧化过程的重要中间体：烯醇，其研究成果以封面论文的形式发表在2005年6月24日出版的《科学》杂志上。该研究工作不仅发现乙烯醇是一种普遍的燃烧中间物，还首次在火焰中发现了更大的烯醇：丙烯醇和丁烯醇。
这一研究工作由美国、中国、德国的五个研究小组共同参与。实验工作在美国劳伦斯•伯克利国家实验室和中国合肥国家同步辐射实验室完成。
齐飞2003年从美国桑迪亚国家实验室回到自己的母校工作，并以自己多年的积累，在合肥国家同步辐射实验室建立了一个燃烧实验站，利用同步辐射光电离技术研究燃烧过程的中间产物。2004年实验站建好后装上了同步辐射的光束线，但却检测不到信号，“我们的光强只有1010光子/秒，而美国劳伦斯•伯克利国家实验室的第三代同步辐射光强达1014光子/秒，比我们强了一万倍，他们也只探测到微弱的信号，我们这么弱的光强能探测到火焰中浓度极低而活性很高的中间体吗？”
实验遇到了巨大的挑战，他给美国康奈尔大学一位年近70岁的科学家朋友发了电子邮件，询问在合肥同步辐射设备上开展燃烧研究的可行性，这位外国朋友回复说：“不可能。”但齐飞仍然不死心，就是要把“不可能”变成“可能”。心急如焚的齐飞当时经常彻夜难眠，不停地思索着各种改进方案。他山之石可以攻玉。他想到了利用其他领域中的“离子阱”技术。燃烧过程中离子的产生是连续的，而取样的过程是脉冲的，如果能在取样前把离子存在“阱”里，取样时集中释放岂不是可以大大增加实验的灵敏度吗？循着这条思路，他发展了一种“准离子阱”技术。设备装了上去，但信号却没有改变，这是怎么回事呢？他将设备拆了装、装了拆，反复琢磨。终于，2004年10月的一天深夜，他的灵感突然迸发出来。第二天他跟学生讲，改动一下设备。晚上再做实验，离子的信号增强了，背底噪音减少了，信噪比非常高。现在，他们一分钟采集的质谱比美国同行十分钟的采集结果还要好。这一技术创新使他们的论文在国际学术期刊上迅速发表。
齐飞与燃烧研究相关的论文已经得到了国际同行的广泛关注，美国化学会的《能源与燃料》、《燃烧国际会议论文集》杂志等对此都有很好的评价，他的创新思想也一发而不可收。
实验室的博士生王晶对记者讲了个小故事：去年9月，合肥国家同步辐射实验室的园区时值桂花飘香，齐飞走着走着却突发奇想，让王晶等几位学生马上去摘些桂花回来，用同步辐射质谱测试桂花香味的成分。“齐老师是个随时随地都在思考科学问题的人，具有科学家特有的敏锐性，哪怕是走路都在想着新的科学问题和研究方向。他在同步辐射设备上做出的燃烧研究成果，发现了燃烧的中间体，包括乙烯醇、丙烯醇、丁烯醇，大家都觉得这是他不断思考、日积月累的必然所得。”
高琛研究员出国前是国内最早的一批同步辐射用户，并在美国劳伦斯•伯克利国家实验室工作期间对大规模筛选新材料的组合方法作出了杰出的贡献。回国后很快获得了中国科学院“百人计划”和国家杰出青年科学基金。高琛经过几年的实验室建设和积累，正是出成果的时候，但国家同步辐射实验室二期工程验收后，亟须吸引用户，高琛只好忍痛服从组织的安排，出任实验室科研副主任，把大量的时间精力投入到联络高水平用户及和他们的讨论中去。“个人的牺牲如能换来实验室的发展，何尝不是一种收获呢？”
贾启卡研究员说他最不喜欢的就是五一、十一长假，“我和在医院工作的妻子都很忙，儿子才六七岁，幼儿园里一放长假，我和妻子哪有时间和精力带孩子啊？放长假反而比平时更忙，搞得我们天天疲于奔命，像打仗似的”。
“我们实验室有三个部门，加速器部、实验部、办公室，有件事特别能体现我们的团结协作精神。”实验室副主任李为民介绍说，“我们当初在调试时，机器部的专用光电倍增管出了问题，机器部和实验部会商，要利用实验部的光束线监测束流的情况，实验部紧急调动人力，仅用一天时间就改装了一个出光口，使实验部能探测到非常微弱的储存环电流。”
大量科学技术需求的产生，需要同步辐射不断提升实验水平。同时探索新一代光源。“我们这个平台覆盖的学科很广，来自不同领域的研究人员一起工作，容易碰撞出新思想的火花。”高琛说：“用户有了新想法，提出有重要意义的科学目标，我们就要与用户讨论，了解用户的需求，通过技术上的创新，发展出新的仪器，帮助其实现科学目标。”“大科学工程建成之日往往就是改造之时，因为科学研究在不断地深入，依赖的技术也在不断更新换代，所以我们的创新无止境。”
高琛说：“例如：存储环中的电子受各种因素的影响，会出现不稳定，影响束流和同步辐射强度的提高。我们的技术人员在国内首先发展了‘逐束团反馈’技术。首先测出电子的位置，在电子以光速沿存储环转了一圈回来时，快电子学系统根据其偏离平衡位置的大小给它一个反方向的推力以抑制其不稳定。业内专家评价该项工作‘具有很好的学术价值和很大的实用价值，为我国加速器事业提供了一台研究不稳定性的先进仪器’。”
高琛指出：“为了探索地球上手性和生命的起源，中科院上海有机所的科学家提出：利用高强度的圆偏振紫外同步辐射（手性光）照射可生成手性分子的固态光化学反应前驱体，进行‘固态绝对不对称合成’尝试。我们就改进了一条光束线，使之能够分别输出左旋和右旋的紫外偏振光。”“再有，人类基因组测序完成后，生命科学最重要的工作之一是研究基因是如何编码蛋白质的。这项工作需要用同步辐射的X射线解析蛋白质的晶体结构。但是合肥同步辐射的X射线较弱。于是，生命科学界的科学家们建议我们发展长波单波长反常散射技术，我们采纳了这一建议，但是这一技术所用的长波X射线不能在空气中传播，我们就改进光束线，目前是吹氦，将来打算让光路尽可能地处在真空中。现在我们已采集了两套蛋白质的衍射数据，初步处理结果表明数据质量良好，这将为我国的蛋白质组学计划提供又一个良好的实验平台。”
采访结束前，贾启卡给记者讲了个笑话：“Free Electron Laser本来翻译成‘自由电子激光’，是一个约定俗成的专业词汇。1987年我刚从国外回来时，给上级部门报科研项目，写了‘自由电子激光’，有人提醒我，不能写 ‘自由’，要写‘电子激光’，我和他开玩笑说，干脆就叫‘革命电子激光’算了，因为‘电子’反对束缚，是‘革命’的。”一转脸，他又正色道：“在自由电子激光领域，有句行话叫‘Free Electron Lasers are not free, neither fiscally nor physically’，说的是进行自由电子激光研究，在花费上既不便宜，在物理学上也不容易。这就要求我们要兢兢业业、勤俭节约，用好纳税人的每一分钱。”
贾启卡的这些话虽然只是调侃，但也折射出利用大科学装置进行基础研究工作的艰巨性。只有耐得住“寂寞”、能够长时间忘我投入、有“为他人作嫁衣”的奉献精神的人，才能承担这种基础性的工作，并最终看到自己不断创新开出的绚丽之花。 （张楠）
来源：《科学时报》 2006年6月27日
