在懷柔雁棲湖畔，一個(ge) 周長1.36千米的“放大鏡”形建築群占據了967畝(mu) 的區域，約90個(ge) 足球場大小。2023年3月14日，這裏剛剛成功加速了裝置的第一束電子束，向產(chan) 生世界“最亮的光”又邁進了一步。

　　從(cong) 星辰大海到生命演化，人類對未知領域的探索離不開大科學設施。在懷柔科學城，一座座“大國重器”正在落成。其中，這個(ge) 被稱為(wei) “探測微觀世界利器”的“放大鏡”，格外引人注目。這將是我國第一台高能同步輻射光源，也將成為(wei) 世界上亮度最高的第四代同步輻射光源之一。

　　十年磨一劍。一群“追光的人”，等待世界最“亮”的同步光。

　　填補空白的“追光人”

　　“為(wei) 這一束電子束，我們(men) 等了約十五年。”中國科學院高能物理所高能同步輻射光源加速器部副主任李京禕感慨。光，照亮了物質世界。李京禕和同事，是一群“追光的人”。

　　上世紀40年代末，科學界發現：就像雨中快速轉動的雨傘(san) ，傘(san) 邊緣切線方向會(hui) 飛出一簇簇水珠一樣，當高能電子束團被強迫在環形同步加速器上以接近於(yu) 光速做回旋運動時，也會(hui) 在切線方向發射出電磁波，這就是同步輻射光。

　　與(yu) 常規光源相比，同步輻射光亮度高、覆蓋頻譜寬，就像是超級X光機，人們(men) 可以借助它觀察到物質的微觀結構。自此，世界各國開始了建設同步輻射裝置來構建光源的“競賽”。

　　北京，是我國第一個(ge) 大科學設施的誕生地。

　　玉泉路旁，北京正負電子對撞機“一機兩(liang) 用”，進行著正負電子的高能對撞。1988年至今，依托對撞機和北京同步輻射裝置，我國科研人員已產(chan) 出一係列世界級科研成果，世界上第一個(ge) SARS冠狀病毒主蛋白酶蛋白質的晶體(ti) 結構就在此得到解析。

　　而為(wei) 了“看”到納米級的物質結構，放眼世界，發射度更小、亮度更高、分辨率更高的新一代光源建設從(cong) 未停步。一步慢，步步慢，時不我待。這是我國高能物理研究者的信念——要建一台高能光源，填補空白。

　　時針轉回2008年。這群“追光人”開始對建設高能同步輻射光源的必要性和可行性進行論證，曆經近10年攻關(guan) ，驗證了技術路徑的可行性，完成了裝置的概念和工程設計。高能光源選址，則定在了北京懷柔科學城。

　　2019年6月，高能同步輻射光源破土動工，爭(zheng) 分奪秒成為(wei) 每位建設者的信條。工程指揮部成員的辦公室牆上，掛著一份工程建設總進度計劃圖，宏大的工程被細致分解為(wei) 82步，成為(wei) 52個(ge) 分係統人員的“指揮棒”。一個(ge) 個(ge) 時間節點穩步推進的背後，是參與(yu) 者廢寢忘食忙碌的身影。

　　自主創新啃下“硬骨頭”

　　要造出第四代高能同步輻射光源，點亮最“亮”的同步光，物理和硬件技術上要啃的“硬骨頭”一個(ge) 接一個(ge) 。

　　“其實，每一個(ge) 大科學設施的建設，必然會(hui) 遇到難題，這是避不開的，隻能麵對它們(men) ，並且解決(jue) 它們(men) 。”李京禕說。

　　施工剛剛起步，一項地基施工的指標就讓建設者們(men) 直呼“不可能”——防微振動控製目標要小於(yu) 25納米，即要實現結構“零沉降”。納米，這個(ge) 從(cong) 未出現在建築規範中的單位，卻是未來光源實驗精度的重要保障。裝置建設團隊反複試驗，用4個(ge) 月裏無數次失敗最終換來了答案：他們(men) 將光源儲(chu) 存環隧道及實驗大廳地基用厚達3米的素混凝土進行基礎換填，保障光源地基穩如磐石。

　　大裝置裏麵的“小家夥(huo) ”也難關(guan) 重重。

　　光源直線加速器是電子的源頭和第一級加速器，電子束要通過它加速到0.5吉電子伏特的高能量。這其中的關(guan) 鍵部件之一，就是提供能量的微波功率源。雖然北京正負電子對撞機上也有類似的設備，但其安裝的是基於(yu) 老式人工線型調製器的功率源，高能同步輻射光源決(jue) 定搭配“升級款”的固態調製器。

　　不過，“升級款”的固態調製器，全世界僅(jin) 有一家企業(ye) 有成熟產(chan) 品，且價(jia) 格十分昂貴。“我們(men) 下了決(jue) 心，一定要自己研製出來。”李京禕語氣堅定。

　　團隊成員從(cong) 理論模型的建立開始，反複分析優(you) 化，並不斷鑽研優(you) 化變壓器繞線和整機集成工藝。“高壓脈衝(chong) 變壓器是固態調製器的核心技術，不同的走線、纏繞方式，都會(hui) 影響到產(chan) 品的性能。我們(men) 前後鑽研了3年，迭代了6個(ge) 版本，實現了設計指標。”

　　最終，當固態調製器“就位”於(yu) 光源現場，一項項測試數據在屏幕上跳動，均達到“滿分”標準。這是代級的躍變！

　　期待世界“最亮的光”

　　曆時近4年建設，曾經的荒草地上已經“長”出了三棟主體(ti) 建築，最大的圓環狀建築便是光源的核心。

　　“在光源的建設過程中，北京市、懷柔區和懷柔科學城都給了我們(men) 很大的支持，全方位保駕護航，為(wei) ‘大國重器’連通了‘生命線’。”李京禕說起，2022年冬天，是光源主體(ti) 建築封頂、科研設備啟動安裝的首個(ge) 冬天。由於(yu) 科研設備的準直精度普遍在10微米量級，環境溫度的細微變化，都會(hui) 導致設備準直精度下降。以儲(chu) 存環為(wei) 例，其環境溫度必須保持在正負0.1攝氏度範圍內(nei) ，才能保證磁鐵等設備的就位精度。

　　麵對如此嚴(yan) 苛的需求，懷柔區迅速協調，及時解決(jue) 了光源裝置區的水、電、供暖等問題。“那個(ge) 冬天，我們(men) 和光源的設備都感到特別溫暖。”李京禕笑道。

　　今年3月，高能同步輻射光源直線加速器“滿能量”出束，率先迎來“開門紅”，每秒都有百億(yi) 量級的電子從(cong) 電子槍“射”出，其中約90%的電子能順利抵達末端，保證末端電荷量達到額定2.5納庫（1微庫＝1000納庫）以上。這也意味著，這座“大國重器”進入科研設備安裝、調束並行階段，向產(chan) 生世界最“亮”的同步光再邁進一步。預計到2025年，高能同步輻射光源將建成運行。

　　現在，光源最大的“環形加速跑道”——儲(chu) 存環的安裝正在進行。光源投入運行後，儲(chu) 存環中電子束在奔跑的過程中，將產(chan) 生高亮度的同步光，幫助科研人員“照亮”實驗樣品，更好地解析物質的微觀結構及演變。

　　與(yu) 儲(chu) 存環一牆之隔，便是未來供用戶開展科學實驗的實驗站，大到飛機發動機、小到病毒蛋白質，都能在這裏“體(ti) 檢”。

　　“基礎研究是科技發展的基石，我們(men) 期待光源的第一束光盡快到來！”李京禕說。

　　懷柔科學城藍圖正變為(wei) 現實

　　2017年5月

　　國家發改委、科技部正式批複北京懷柔綜合性國家科學中心建設方案，明確以懷柔科學城為(wei) 核心承載區進行建設。同年，懷柔科學城擴展至密雲(yun) ，整個(ge) 科學城麵積從(cong) 41.2平方公裏增至100.9平方公裏。

　　2017年9月28日

　　懷柔科學城首個(ge) 大科學裝置——綜合極端條件實驗裝置啟動建設。

　　2021年

　　地球係統數值模擬裝置落成，“把地球裝進實驗室”，成為(wei) 我國首個(ge) 研製成功的地球係統數值模擬大科學裝置，也是懷柔科學城首個(ge) 落成啟用的大科學裝置。

　　2023年3月14日

　　高能同步輻射光源直線加速器滿能量出束，成功加速第一束電子束，標誌著該裝置進入科研設備安裝、調束並行階段。

　　多模態跨尺度生物醫學成像設施和子午工程二期預計年內(nei) 投入試運行。

　　目前

　　懷柔科學城“十三五”時期布局的29個(ge) 重大科技設施平台項目土建工程已全部完工，進入建設與(yu) 運營並重階段。

　　2023年底

　　城市客廳項目預計具備整體(ti) 入駐條件，營造契合科學家需求的高品質國際化城市生活氛圍。

　　創新密碼

　　用“大裝置”聚集天下英才

　　多模態跨尺度生物醫學成像設施工程竣工，將實現高端生物醫學影像儀(yi) 器裝備的“中國創造”；我國首個(ge) 具有自主知識產(chan) 權的地球係統數值模擬裝置——“寰”通過國家驗收，成為(wei) 懷柔科學城第一個(ge) 正式運行的國家重大科技基礎設施；綜合極端條件實驗裝置進入科研狀態……

　　從(cong) 正式獲批建設至今，6年時間，懷柔科學城成為(wei) 生機勃勃的科學研究熱土。這是全國重大科技基礎設施集聚度最高的區域之一，已布局29座科學設施平台。

　　伴隨著大科學設施的亮相，科研成果也加速湧現——

　　引力波暴高能電磁對應體(ti) 全天監測器，是北京懷柔綜合性國家科學中心空間科學實驗室掛牌後發射的首個(ge) 科學衛星，得名“懷柔一號”，將持續探索深邃太空的奧秘；

　　中科院大氣物理所依托地球係統數值模擬裝置在國內(nei) 首次實現大氣二氧化碳濃度的全耦合模擬，可為(wei) 2060年碳中和的路徑優(you) 化提供科學支撐；

　　中科院力學所研製了國際領先水平的複現高超聲速飛行條件激波風洞和爆轟驅動超高速高焓激波風洞，大幅提升我國在空天宇航方麵的地位；

　　……

　　懷柔科學城正向著世界級原始創新策源地發起衝(chong) 擊。

　　在清華大學公共管理學院教授、中國科技政策研究中心副主任梁正看來，重大科學基礎設施是“大科學時代”科技發展的產(chan) 物，其有助於(yu) 提升國家創新體(ti) 係整體(ti) 效能，提高我國原始創新能力，實現關(guan) 鍵核心技術突破。

　　“依托大科學設施來吸引和凝聚全球科學家和人才，是國際上比較通行的做法。”梁正說，北京曆來重視重大科學基礎設施建設，如北京正負電子對撞機建設至今已有30餘(yu) 年，較早實現了高能物理領域多位實驗物理學家與(yu) 理論物理學家的“引進來”和“走出去”。懷柔科學城依托大科學設施集群，也提出了針對外籍人才的開放共享戰略，推出相關(guan) 城市服務供給與(yu) 配套措施。

　　當然，在依托“硬”設施吸引和凝聚國際尖端科技人才的同時，也需要係統謀劃完善發現、引進、用好、留住高水平國際科技人才的“軟”製度體(ti) 係。

　　完善“城”的功能，正成為(wei) 今年懷柔科學城的重點任務。人才社區陸續竣工、基礎教育資源不斷增強、著力打造生態宜居創新示範區……“遠看是花園、近看是家園”的宜業(ye) 宜居環境正在這裏形成。

　　親(qin) 曆者說

　　中科院物理所懷柔研究部主任呂力：

　　“這是物理學家夢寐以求的研究平台”

　　小於(yu) 1毫開爾文的極低溫、超過300吉帕斯卡的超高壓、至少26特斯拉的全超導磁體(ti) 強磁場以及約100阿秒的超快光場……這是中國科學院物理研究所在懷柔科學城落地建設的綜合極端條件實驗裝置所能提供的實驗條件。

　　所謂極端條件是指在實驗室中人為(wei) 創造出來達到或接近目前技術極限的條件。上述這組條件，意味著該裝置能夠提供比宇宙的背景輻射溫度還低幾千倍的極低溫，接近地心壓力的超高壓，比地球磁場高出幾十萬(wan) 倍的強磁場，以及能捕捉到千萬(wan) 億(yi) 分之一秒畫麵的“高速攝影機”。

　　“這是全世界物理學家夢寐以求的研究平台。”呂力說，“如果把綜合極端條件下的科學探索過程比喻成探礦尋寶，有了這個(ge) 綜合極端條件實驗裝置，我們(men) 就可以看得比別人更遠、挖得比別人更深，收獲也比別人更多。”

　　除了擔任中科院物理所懷柔研究部主任，呂力的另一個(ge) 身份是綜合極端條件實驗裝置首席科學家。近年來，利用極端實驗條件取得創新突破，已成為(wei) 科學研究發展的一種重要範式。

　　工欲善其事，必先利其器。2003年，中科院物理所成立工作小組，開始籌劃綜合極端條件實驗裝置的建設。四年後，呂力第一次來到懷柔，參與(yu) 裝置的選址工作，“當時，裝置所在的這片區域還都是農(nong) 田、林地，後來，懷柔科學城慢慢建起來了，雁棲湖已經成為(wei) ‘國際會(hui) 都’，周圍的環境真是大變樣。”

　　2017年，綜合極端條件實驗裝置正式啟動建設。這是懷柔科學城內(nei) 第一個(ge) 開工的國家重大科技基礎設施，也是第一個(ge) 進入科研狀態的大科學設施。它與(yu) 其他大科學設施相比，最大的特點在於(yu) 綜合化、集群化，每個(ge) 極端條件都不是獨立的，是“強強聯合”，幫助科研人員進行全麵、係統的研究。

　　建設大科學設施的過程，也是攻關(guan) 克難的過程。呂力提到，有些儀(yi) 器購買(mai) 困難，研究人員就從(cong) 零開始、自主研發。2022年12月20日，綜合極端條件實驗裝置全麵進入試運行階段，20個(ge) 平台均麵向中外用戶開放預約。科學家們(men) 第一次可以在家門口做實驗，自是難掩激動。首批通過性能工藝測試的5個(ge) 實驗站開放普通課題預約申請時，就收到57份申請，申請者中包括36家國內(nei) 外科研院所、高等院校和高新企業(ye) 的一線科研團隊。

　　“多年來，我一步步看著懷柔科學城建設得越來越好，園區越來越熱鬧。”呂力期待著，有了大科學設施，能幫助科研人員做出更多優(you) 秀的成果。