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南方日报大科学装置“扎堆”粤港澳大湾区

广东东莞腹地 ， 松山湖科学城中子源路尽头 ， 数十台工程机械忙碌施工 ， 在巍峨山脚下平整出一片开阔的空地 ， 这里就是正在建设中的南方光源研究测试平台项目的建设现场 。 这一平台将为南方先进光源的前期预研和工程建设提供关键支撑 。
南方光源全称南方先进光源（SAPS） ， 是继中国首台散裂中子源之后 ， 计划在东莞布局建设的又一重要的国家大科学装置 ， 未来将为粤港澳大湾区国际科技创新中心发展和产业升级提供重要支撑 。
为什么要建设南方光源？将选择怎样技术方案？与散裂中子源之间有何关系？建成后将发挥哪些重要作用？日前 ， 南方日报采访人员专访南方光源项目筹建负责人 ， 全方位解析大科学工程的“建设密码” 。
南方日报采访人员陈启亮
策划统筹张志超
散裂中子源（左边建筑群）和南方光源（圆形建筑群）示意图 。 中间部分为项目预研平台 。 资料图片
【南方日报大科学装置“扎堆”粤港澳大湾区】同步辐射光是什么？
与散裂中子源互为“姐妹花”
日前 ， 香港大学机械工程系黄明欣教授团队开创性提出一种新的作用机制 ， 获得了强度、韧性、延展性俱佳的低成本新型钢材 ， 并且相关研究成果在国际顶级期刊《Science》发表 。
而中国散裂中子源 ， 为这一成果提供了重要的研究手段支持 。 建成运行1年半以来 ， 中国散裂中子源正以越来越多世界级创新成果 ， 显示着“国之重器”的巨大能量 。 如今 ， 在广东省、东莞市与中科院大力支持下 ， 南方先进光源的身影也渐行渐近 。
拟建的南方先进光源 ， 是一台衍射极限第四代同步辐射光源 ， 与散裂中子源一样同为观测物质微观结构的大科学装置 。 二者相辅相成 ， 可以为我国的科技创新和科学前沿研究提供最先进的研究手段 。
同步辐射的原理其实并不复杂 ， 想象一下在雨中快速转动雨伞时 ， 沿伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠 。 而速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时 ， 沿切线方向发出的电磁辐射 ， 就是同步辐射 。 同步辐射光从本质上说是一种高亮度的X射线 。
由于同步辐射光具有的高强度、宽波谱、高准直等一系列优点 ， 在物理学、化学化工、材料科学、生命科学等领域都具有广泛应用 。
中国同步辐射光源建设起步于上世纪 ， 目前分别位于北京、上海、安徽合肥及台湾新竹 ， 涵盖了从第一代到第三代同步辐射光源 。 在这样的背景下 ， 2017年8月 ， 广东省委、省政府提出了在中国散裂中子源周边建设先进同步辐射光源的构想 ， 希望中科院高能所能够给予支持并承担建设任务 。 2018年11月 ， 中科院与广东省政府在广东签署《共同推进粤港澳大湾区国际科技创新中心建设合作协议》 ， 作为重点合作项目 ， 中科院高能所与东莞市签署了《关于推进南方光源重大科技基础设施建设合作协议》 ， 正式启动南方光源前期工作 。
聚集效应突出
大科学装置常常做“邻居”
从探测物质微观结构的功能角度看 ， 同步辐射光源与散裂中子源的作用存在许多相似之处 ， 都被当做理想的“探针” ， 然而在业内人士看来 ， 这两者之间更多是互补 ， 并且在某些领域无法相互替代 。
同步辐射光主要与原子外围的电子云发生相互作用 ， 因此原子的外围电子越多 ， 它就看得越清晰 ， 探测较重的原子是它的强项 ， 但若遇上外围电子稀少的轻元素 ， 如氢、氦等 ， 同步辐射的探测效能就大打折扣 。 而这恰恰是中子散射所擅长的 。
中科院高能所东莞分部副主任王生表示 ， 由于中子不带电 ， 穿透性强 ， 可研究高温、高压、极低温、强磁场等极端条件下的物质特性 ， 同时由于中子具有磁矩 ， 在研究磁性材料方面具有特别优势 。 而同步辐射光源在实验效率上则具有优势 ， 可以更快速得到实验结果 ， 每年可接待的用户数量远高于散裂中子源 。
“很多用户进行的研究项目 ， 需要同时用到两种研究手段 。 这也是为什么国外散裂中子源旁边往往会建设一台光源 。 ”王生表示 。
英国卢瑟福国家实验室就聚集了多种大科学装置 ， 在吸引尖端人才、促进学术交流合作等方面发挥巨大的综合效应 。 但实际上 ， 两种装置经常成为“邻居”背后 ， 还有另一层考量 。
“大科学装置并不是一个孤立的装置 ， 还有一系列配套的基础设施和服务体系 。 装置建成之后 ， 还有后续的运营和使用 。 ”王生举例道 ， 装置运行过程中 ， 每年要投入大量的人力物力 ， 散裂中子源就有300多人的专职队伍负责进行设备维护 ， 保障运行和开放 。
“两个装置建在一起 ， 还可以极大方便用户 。 好比去医院 ， 既能在一个科室做CT ， 也能直接到隔壁做核磁共振 ， 而不必要再到很远的地方重新检查 。 ”中科院高能所副所长、东莞分部主任陈延伟说 ， “实际上 ， 大科学装置放到东莞 ， 作用已经逐步体现出来 。 以大装置为核心 ， 松山湖正在建松山湖科学城 ， 纵观国内外的科学中心 ， 也都是以大科学装置作为牵头和引领 ， 广东现在也具备了这样的条件 。 ”
以用户需求为导向
建设世界先进的第四代同步辐射光源
一般来说 ， 亮度是评价光源性能的最重要指标 ， 亮度越高 ， 就能更快速清楚地掌握观测对象的信息 。 而第四代同步辐射光源的亮度可以比上一代提升两到三个数量级 ， 相当于亮度提高成百上千倍 ， 实验观测能力也必然大幅提升 。


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