曾被預估有300位用戶，如今24684位的數據使其成為我國用戶最多的大科學裝置

10年前，外形酷似鸚鵡螺的上海光源，出現在了張江的農田之間，這一科學地標的崛起，使得中國以同類裝置最少的投資和最快的建設速度，加入到世界第三代同步輻射光源裝置的第一方陣。

「能否長期穩定運行？是否有足夠的用戶？可否產出有影響力的成果？」上海光源科學中心主任趙振堂坦言，這是上海光源自2009年5月6日正式對用戶開放起，需要直面的三個挑戰。

起初，上海光源被預估有300位用戶，如今累計24684位的數據使其成為我國用戶最多的大科學裝置。到2022年，上海光源年均接待用戶人次有望增加一倍，超過1萬人次。上海光源每年開機約7000小時，其中實驗供光約為5500小時，用戶已發表期刊論文約5000篇，其中《科學》《自然》《細胞》三種國際頂級刊物的論文96篇。上海光源支撐用戶在前沿研究領域產生了一批有世界影響力的重大成果，其中一項成果被美國《科學》「十大科學突破」引用；一項成果入選歐洲《物理世界》十大突破；一項成果入選美國物理學會標誌性進展；一項成果入選美國《物理評論》125周年49篇精選論文；六項成果入選中國科學十大進展。

在愛因斯坦提出光量子概念100多年後，地處東方的上海光源不僅每個線站平均成果產出位列世界第一，還在張江引領構築了一個光子大科學設施集聚地，成為上海建設有全球影響力的科創中心版圖裡濃墨重彩的一筆。

把光作為探針，在許多領域大有可為

「上海光源」內景。

走進上海光源的實驗大廳，眼前一片忙碌的景象。在生物大分子晶體學光束線站，來自上海睿智化學研究有限公司的研究人員正在收集蛋白質單晶體衍射數據。「這裡的光束實驗解析度高，可以達到1.5-3埃（1埃等於0.1納米），獲取單張衍射圖的時間只需0.1-1秒。這幾年，我們利用上海光源已研發了幾百個小分子藥物結構。」研究人員劉敬賢告訴記者，公司以前去澳大利亞做實驗，由於需攜帶液氮罐，花在路上的費用就要兩三千美元。有了上海光源後，公司每個月都來做實驗，成本節省不少。目前已有60家企業利用上海光源進行技術開發，涉及製藥、能源、日化等。許多公司把利用上海光源開展研發，作為公司發展戰略的一部分。諾華、羅氏、葛蘭素史克、輝瑞等均利用上海光源獲得的大量結構數據進行了新葯研發，聚集在張江地區的生物醫藥公司大多已成為上海光源用戶，已有多個新葯進入臨床試驗階段，初步形成了製藥企業科技服務產業集群。

同步輻射，是指真空環境中以接近光速運動的帶電粒子在改變運動方向時釋放出的電磁波(光），同步輻射光源因此被稱作「高品質的巨型X光機」或「超級顯微鏡」，成為支撐眾多學科前沿基礎研究與高新技術研發不可或缺的實驗手段。

在上海光源開放運行前的十幾年間，國內同步輻射裝置解析的蛋白質晶體結構只有99個，上海光源開放運行十年後，這一數字達到了3775個。上海光源推動了我國結構生物學的跨越式發展，一經投入使用立即改變了我國結構生物學家以往主要依賴國外同步輻射光源開展前沿研究的局面。新近當選美國科學院外籍院士的顏寧，在2014年通過上海光源成功解析出了葡萄糖轉運蛋白GLUT1晶體結構，這就有可能通過調控它實現葡萄糖轉運的人工干預，既可以增加正常細胞內葡萄糖供應治療相關疾病，又可以通過阻斷對癌細胞的葡萄糖供應從而「餓死癌細胞」。

在物理學界，一個通過理論推導和公式推算出的結論必須通過實驗驗證才能被承認。有關「幽靈粒子」外爾費米子的預言，在80多年裡一直沒有得到實驗驗證。中科院物理研究所丁洪研究員藉助上海光源首次在TaAs晶體中發現了這類特殊的准粒子，這一發現對室溫低能耗電子器件有重要價值，也可能用於量子計算機。

當埃博拉病毒疫情成為國際緊急衛生事件時，上海光源安排了「緊急機時」，我國科學家得以在第一時間投入到重大傳染疾病研究中。中國疾控中心高福研究組，從分子水平闡釋了一種新的病毒膜融合激發機制，成為近年來國際病毒學領域的一大突破。

把光作為探針，在許多領域大有可為。紫金釉屬於中國古代高溫瓷器，其圖案精美、質感晶瑩，瓷釉獨特的質感和色調源自於釉層特殊的過渡金屬元素含量以及微觀結構。上海光源—故宮博物院聯合實驗室發現，在故宮出土的乾隆時期紫金釉中布滿了大粒徑、高純度的亞穩相ε-Fe2O3晶體，其大小及分布均勻、發育良好，且釉層呈現清晰的多層結構特徵，該發現對中國古代陶瓷工藝技術尋蹤及現代材料的製備具有重要意義。

先「自我加壓」，後「自我找茬」

實驗工作人員正在「上海光源」X射線小角散射光束線站內進行調試和實驗操作。

上海光源支撐用戶高產出的背後，正是其始終對標國際一流、提升管理和服務水平的結果。運行伊始，上海光源就「自我加壓」把開機率、兩次故障平均間隔時間、平均故障修復時間作為了「硬指標」。十年來，開機率一直保持在98%，平均故障修復時間也控制在了1小時以內。

在運行四年多後，上海光源又「自我找茬」先後組織了三次國際評審，對加速器、束線站以及正在建設的項目進行了評估，專家們高度肯定了上海光源的運行性能、用戶開放及實驗成果。

為實現用戶管理信息化，2012年，國內大科學裝置類首個信息化網站「上海光源用戶課題管理系統」上線運行，涵蓋了用戶註冊、安全培訓、課題申請執行等全流程。2015年，大科學裝置類首個實驗自助系統，則實現了用戶實驗登記、劑量計領取在1分鐘內完成。

十年來，上海光源堅持不懈進行關鍵技術研發和實驗方法學發展，從開始的7線7站10種左右的實驗方法，到今天的15線19站百餘種實驗方法，提升了裝置的性能水平和實驗能力。如持續發展了相干衍射成像方法，將上海光源的空間分辨能力從30納米提升到了8.5納米；成功建立了動態顯微CT實驗方法，將顯微結構演化的定量分析從二維推進到了三維。

十年來，上海光源造就了一支有競爭力的專業化隊伍，不僅承擔了多項國家重大科技基礎設施的建設任務，而且承接了多項國際同類裝置的研製任務，如我國出口能量最高的整機交鑰匙加速器——巴西光源直線加速器的整機設計、建造及調試任務，韓國光源和日本超級B工廠對撞機的定時控制，韓國光源和加拿大光源的波盪器等。

下一個十年，新的生長點在哪裡

「上海光源」內景。

「下一個十年，上海光源線站將進入基本飽和狀態，新的生長點在哪裡？國際上第四代同步輻射光源已經開啟，如何不掉隊？」趙振堂的話里透著「居安思危」。

上海光源眼下正在進行後續工程建設，上海光源線站工程（上海光源二期工程）於2016年11月開工建設，其中X射線通用譜學線站已完成安裝和通光，將於今年投入運行；另有多條用戶投資線站在啟動中。預計到2022年，上海光源將有約35條束線和60個實驗站投入運行，屆時，上海光源年接待用戶能力將超過上萬人次。

據介紹，上海光源二期工程將瞄準能源、環境、材料、凝聚態物理、地球科學、化學和生命科學等領域，以國家重大戰略需求與世界科技前沿為導向，以解決前瞻性、關鍵科學技術問題為主要目標。「上海光源二期將使上海光源再一次騰飛，其綜合實驗能力將持續保持在第一梯隊。」

舉全市之力建設光子大科學設施，是上海高瞻遠矚的一次布局。上海軟X射線自由電子激光用戶裝置，是我國第一台X射線自由電子激光用戶裝置，預計2019年底建成和開放使用；作為國內迄今為止投資最大的國家重大科技基礎設施項目，上海硬X射線自由電子激光裝置計劃在2025年建成，整個裝置總長約3公里，位於地下30米的隧道中。未來，上海光源將與這些大科學設施，共同構築具有國際影響力的光子科學中心。

上海光源，值得期待的下一個十年。

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