上海光源基本僅能滿足1/4的機時申請，盡管這已是世界上最繁忙的大科學裝置，幾乎晝夜不停運轉(zhuǎn)，每年開機時間長達7000個小時，其中實驗供光約為5500小時。
“光源”是大科學裝置“同步輻射光源”的簡稱，被譽為“前沿科研的眼睛”。“發(fā)光”是光源的主責主業(yè)，從這里產(chǎn)生的X射線亮度是普通X光機的幾十億倍。這就像一臺“超級顯微鏡”，讓微觀世界“纖毫畢現(xiàn)”。
一位光源用戶感慨，同步輻射光對幾乎所有自然科學學科都有促進作用，很少有大科學裝置應用范圍如此廣泛。正因如此，光源常?！懊Σ贿^來”。
長三角是同步輻射裝置資源相對豐富的區(qū)域：上海光源是中國大陸第一臺第三代同步輻射光源，合肥同步輻射光源是我國第一臺自主建設的專用同步輻射裝置，合肥先進光源作為亞洲唯一低能量區(qū)第四代同步輻射光源正在加緊建設中。
同時，為進一步擴大供給，長三角地方政府、高校、產(chǎn)業(yè)等與國家同步輻射實驗室創(chuàng)新合作模式，開展共建線站的探索：蘇州大學投入1200萬元與合肥光源共建線站，35%機時自用，65%開放共享；金華與浙江師范大學共建浙江光電子研究院，拿出2000萬元，在合肥光源建設金華線站，著重服務企業(yè)用戶；中國石化將上海光源能源化工科學實驗室落戶上海張江，并委托上海光源建設三條光束線站。在蘇州、金華等地，更多同步輻射裝置建設也已提上日程。
跨域協(xié)同提升大科學裝置的供給效率，長三角正攜手破題。
需求旺盛，機時緊張
“古代鍛造一把刀，想要刀更鋒利，就要邊打邊看，打一下，看它彎曲的弧度對不對，再慢慢調(diào)整，直到刀刃呈現(xiàn)出最好的狀態(tài)。”合肥光源金華線站負責人焦學琛說，利用同步輻射裝置做實驗，便等同于這個“看”的過程。中科大國家同步輻射實驗室研究員葉逸凡解釋：“光的亮度越高，能看到的東西越多?！?/p>
對于大多數(shù)自然科學領域的研究來說，同步輻射裝置都是一種“好用”的實驗工具，其價值在科研領域已經(jīng)得到公認，需求越發(fā)旺盛。
不過，光源機時供給卻是相對一定的。已經(jīng)投入運行的幾個同步輻射裝置容量都已接近飽和。“實驗站不能無限增加?！敝袊茖W技術大學國家同步輻射實驗室研究員儲旺盛說，光源建設完成后，能容納多少個實驗站已經(jīng)決定了。
如此一來，同步輻射裝置長期處于供不應求的狀態(tài)，機時競爭自然激烈。
光源免費向科研用戶開放，采用申請制，用戶要提交申請報告，由各領域?qū)＜医M成的用戶委員會進行評審。評審標準涉及多個方面，包括課題的重要性、設備使用的必要性、實驗方案的可行性、產(chǎn)出成果的價值、申請機時的合理性等，專家綜合考慮后給出評分。
準備稍顯不足的科研工作者便會被篩選出來，無法獲取光源機時；或者原本需要進行更長時間的實驗，只能爭取到一兩天。
也有企業(yè)用戶對光源提出機時申請，不過難度更大，尤其對于初創(chuàng)的小企業(yè)而言。對于提交的申請，評審原則上要求研究成果具有普適性或公益性，企業(yè)用途和實驗成果大部分需要公開。畢竟，大科學裝置由國家出資建設和維護，若企業(yè)的實驗只為自身謀利，恐怕與裝置建設初衷相悖。對于企業(yè)而言，大多數(shù)時候，同步輻射裝置“可望不可即”。
“同步輻射是非常先進的工具，要跟國際科學家同臺競技，一個拿得出手的工具非常重要?！碧K州大學納米科學技術學院教授鐘俊說。2010年之后，同步輻射裝置的用戶數(shù)量呈“指數(shù)級”“爆炸式”增長，鐘俊比畫出一條幾乎垂直上升的曲線。
尤其近幾年，產(chǎn)業(yè)發(fā)展對于同步輻射裝置的需求逐漸涌現(xiàn)。國內(nèi)一些產(chǎn)業(yè)領域率先爆發(fā)，比如新能源汽車，產(chǎn)品設計、產(chǎn)業(yè)鏈搭建等都是國內(nèi)原創(chuàng)，國外也找不到更先進的技術，若想實現(xiàn)迭代升級，唯有研發(fā)一條路。比如，寧德時代專門組建團隊，面向市場應用攻關基礎科學問題，對光源等大科學裝置的需求自然產(chǎn)生。
此外，要在關鍵領域?qū)崿F(xiàn)突破，破解“卡脖子”難題，同步輻射裝置同樣不可或缺。儲旺盛舉例：“芯片的生產(chǎn)過程中，需要一種電子氣，純度要達到10的-9次方，通常國內(nèi)只能實現(xiàn)10的-6次方，差了三個量級，這種原材料長期依賴進口。純度要求太高，實驗室的傳統(tǒng)手段都難以檢測出來，需借助同步輻射這種高端儀器?！?/p>
“人們佩戴的眼鏡鏡片有一層光學膜，往往進口的鏡片更貴，國產(chǎn)化造不出相同等級的光學膜。大家每天都會使用的手機屏幕，其中的某一層光學膜國內(nèi)只能做中端，做不了高端產(chǎn)品?！苯箤W琛介紹，國內(nèi)不少企業(yè)都在相關領域嘗試突破，這項技術的關鍵之一在于“均勻”，但由于光學膜是透明的，肉眼無法看清，只有借助同步輻射裝置才能找到不均勻的原因，從而有的放矢完善工藝。
可以預見的是，隨著我國科研水平不斷提升，產(chǎn)業(yè)實力逐漸加強，在更大范圍內(nèi)參與國際競爭，對同步輻射等大科學裝置的需求將愈發(fā)強烈。目前，北京高能光源與合肥先進光源正在建設中，無論在強度還是亮度上，四代光源幾乎達到衍射極限。
線站共建，機制創(chuàng)新
在同步輻射裝置內(nèi)，有一個環(huán)形的通道，里面存儲了通過加速器而產(chǎn)生的“優(yōu)質(zhì)的光”，而光束線站，就是把光束傳輸、調(diào)節(jié)和優(yōu)化后，引導進入實驗站通道。通過光束線站，這些“優(yōu)質(zhì)的光”可以被科研人員用于做各種各樣的實驗。
不同線站都有對應的細分領域，有做電池的，有搞能源催化的，有關注純物理的，也有適用于環(huán)境研究的，不同領域線站設計不同，發(fā)出的X射線也不盡相同。如果特定范圍內(nèi)用戶數(shù)量不夠，線站會面臨“用不上”的窘境。
正因如此，無論上海光源還是合肥光源，都秉持開放的態(tài)度，歡迎各方共建。一方面，線站造價高昂，每增加一條線站一次性投入幾千萬元，共建能夠保證資金來源，緩解經(jīng)費壓力。另一方面，領域內(nèi)已有共識，愿意出錢說明是真需求，基于市場調(diào)研和需求征集的共建，能夠保證足夠的用戶儲備。
早在2012年，中國科學院院士、蘇州大學教授李述湯便意識到了同步輻射在未來研究中的重要性，在他的推動下，蘇州大學-西安大略大學同步輻射聯(lián)合研究中心正式揭牌，并依托國家在能源領域的戰(zhàn)略規(guī)劃，向合肥光源提出共建線站的設想。
消息一出，在學界引發(fā)不小的震動，當時，還未有高校投入經(jīng)費建設線站的先例，蘇州大學邁出了第一步。
直到2020年，蘇州大學與合肥光源共建的線站才開放使用，鐘俊成為項目負責人之一。作為“第一個吃螃蟹的”，中間經(jīng)歷了很多復雜過程，需要各方反復協(xié)商?！肮庠词侵袊茖W院的，蘇大又是高校，兩邊體制不兼容，很多路徑需要共同探索?！碧K州大學功能納米與軟物質(zhì)研究院副院長張亮說。
雖然前方阻礙重重，“過關斬將”的需求卻很強烈。35%是自留機時，供蘇州大學內(nèi)部分配，65%開放給全國高校申請。線站建成后，以前部分只能倉促結(jié)束的實驗，現(xiàn)在可以用更長的時間系統(tǒng)化完成；學科建設成效顯著，基于該線站的研究在國際頂刊發(fā)文章超過240篇。
蘇州大學的經(jīng)驗積累下來，也給了后來者信心。10年后，金華科技部門提出與合肥光源共建線站。2022年底，項目立項。2023年元旦前，資金到位。這次，僅用了20個月，金華線站便建設完成，這是我國第一條軟X射線共振散射線站、國際獨有的超大型薄膜加工原位裝置。
金華線站意在服務于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。相關知情人士告訴記者：“以前，科學大裝置由國家投錢，服務個別、零星的大企業(yè)，并不成規(guī)模。浙江有很多創(chuàng)新企業(yè)，要得到大裝置支持比較困難，金華想在合肥先建一個線站試一試。”
不過，線站建成后，企業(yè)需求并未如預期那般洶涌而至。畢竟，組建專門研發(fā)團隊，大力投入原創(chuàng)科研的企業(yè)是極少數(shù)，大部分企業(yè)對于同步輻射裝置的功能還沒能形成清晰認識，更別提充分利用。這中間需要專業(yè)機構進行協(xié)調(diào)。
金華率先嘗試。2022年夏天，金華市人民政府與浙江師范大學共建浙江光電子研究院。線站投入運營以后，焦學琛便從合肥光源的研究員化身金華線站的“金牌銷售”，負責拓展用戶，引導有需求的企業(yè)使用線站，與企業(yè)簽訂合作協(xié)議，解決相關需求，收取線站使用的機時費用和中介服務費，金華本地企業(yè)能夠享受一定優(yōu)惠政策。
焦學琛認為，合肥光源金華線站能夠為企業(yè)提供量化的結(jié)構分析，能加強企業(yè)的核心技術，同時，能夠給企業(yè)帶來一個可供講述的、科學性的故事。解釋清楚企業(yè)痛點的來源，才是企業(yè)愿意擁抱這項技術服務的根源。
金華線站目前接待企業(yè)用戶課題10余項。開拓市場并不容易，甚至要吃閉門羹，不過焦學琛仍然干得起勁，“更多的機時開放給企業(yè)，實現(xiàn)機構自身造血，服務產(chǎn)業(yè)鏈提質(zhì)升級，這是我們必須要做的一件事”。
另外，光源與產(chǎn)業(yè)直接聯(lián)手也有嘗試。2021年，中國石化上海光源能源化工科學實驗室落戶上海張江，項目由“三條光束線站”和“輔助實驗室”構成，投資規(guī)模4億元。這標志著同步輻射裝置與工業(yè)用戶合作開了先河。項目建成后將為中國石化以及公共用戶的基礎科學研究提供技術支持和服務。
目前，在建的合肥先進光源等熱切期待更加廣泛與開放的合作，尤其在長三角，地方實力強、高校數(shù)量多、產(chǎn)業(yè)基礎好，更多樣的合作機制等待發(fā)現(xiàn)與探索，也充滿創(chuàng)新的可能性。
光源跨域，資源同享
在長三角，未來，關于光源的跨域合作有更加廣闊的想象空間——除了已經(jīng)投入運行的合肥光源、上海光源，已經(jīng)開工建設的合肥先進光源，江蘇蘇州和浙江金華可能會再建同步輻射裝置。
2020年，金華便啟動浙江產(chǎn)業(yè)光源建設專班。浙江光電子研究院成立以后，團隊深入長三角地區(qū)和浙江省域的103家行業(yè)頭部企業(yè)和高校院所開展6輪光源需求調(diào)研，形成數(shù)據(jù)報告，支撐產(chǎn)業(yè)光源的設計和可研報告編制。浙江(金華)產(chǎn)業(yè)光源目前已進入產(chǎn)業(yè)光源選址、地塊研究和概念性方案設計階段。
2022年，蘇州實驗室獲批成立。2023年9月，蘇州實驗室總部基地開工，規(guī)劃有大科學裝置區(qū)域，光源束線站設計、同步輻射X射線應用的相關科研人才在同步招聘中。
顯然，金華、蘇州等地不滿足于共建線站，都盼望“家門口”有個光源。一位科技領域的政府官員判斷，光源可能是性價比最高的大科學裝置之一。這筆賬應該怎么算?
現(xiàn)行模式下，同步輻射等大科學裝置建設幾乎完全由財政撥款，并且造價高昂。以合肥先進光源為例，2023年9月開工，總投資約為27億元，中央預算內(nèi)投資近8億元，中國科大自籌1億元，安徽省建設資金撥付超過18億元。根據(jù)已建成的光源項目運營經(jīng)驗，運行過程中的電力消耗、設備維護等，每年運營費用約為建設投入的十分之一。
再來計算回報。光源及其周邊，將吸引一批高水平科研人才。鐘俊原本在北京工作，2010年入職蘇州大學，正是聽說學校將與合肥光源共建線站，并且蘇州與上海距離很近，方便他到上海光源開展工作?！拔疑瞄L的領域與同步輻射相關，如果沒有相關條件，研究沒辦法開展?！?/p>
光源在當?shù)芈涑珊?，像鐘俊這樣的人才會聚集過來。而同步輻射裝置是頂級的科研利器，在國防軍工、新材料、新能源、生物醫(yī)藥，甚至考古發(fā)現(xiàn)等領域都有廣泛應用，相當數(shù)量的科研人員會“趨光”而來。全國相對頂尖的一批科研人員在此進行實驗、展示課題，大型科學中心就此形成。這是一個活力社區(qū)，也是一臺創(chuàng)新引擎。
尤其在當下，同步輻射裝置在國內(nèi)尚屬稀缺資源，若率先建成，光源將成為當?shù)匦碌貥?，對城市形象的提升也有帶動作用?/p>
不過，盲目跟風不可取，“光源熱”需要警惕。一方面，對地方政府而言，大科學裝置建設的投資并非小數(shù)目；另一方面，對于人才吸引、產(chǎn)業(yè)提升等，光源等大科學裝置能夠“錦上添花”，卻不能“雪中送炭”，當?shù)氐目蒲袑嵙?、產(chǎn)業(yè)基礎都應綜合考慮。
如今，葉逸凡等科研人員早就習慣了上海、合肥兩地跑?！昂戏使庠雌δ?，看電子態(tài)、化學態(tài)和氫元素結(jié)構等；上海光源偏結(jié)構，看原子位置、晶格結(jié)構和元素信息等更方便?！比~逸凡解釋，“合肥光源和上海光源的互補性非常強，如果這些信息不放在一起，沒辦法把整個過程想清楚?！?/p>
一位相關領域的科研人員告訴記者，保守估計，超過一半的高水平成果都由幾個光源合作完成。
不僅如此，光源建設階段，上海與合肥科研人員經(jīng)常進行技術交流，雙方相互擔任科技委、用戶委專家，指導裝置建設運行和規(guī)劃；在人才培養(yǎng)工作上，兩地光源也會交換學生，聯(lián)合培養(yǎng)，雙向輸送?？梢哉f，“關系”相當親密。
近年來，滬蘇浙皖簽署長三角重大科技基礎設施聯(lián)動發(fā)展合作備忘錄，協(xié)同推進以光子科學為核心的重大科技基礎設施集群開放共享，為長三角區(qū)域產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新提供了有力支撐，利用光子科學設施形成的有關研究成果已應用于京東方、聯(lián)影等長三角企業(yè)產(chǎn)品中。
在不久的將來，科研人員或許要上海、合肥、蘇州、金華等多地跑，不過這是“幸福的煩惱”。長三角幾個光源建成后，強強聯(lián)合，成為世界一流的探測微觀世界的利器，共同發(fā)出“神奇之光”，輝映新的光芒，照亮科研之路。(記者 鞏持平 劉暢)
