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一双慧眼:上海光源助力科学家探索微观世界—

发布时间:2017-12-04 阅读:

  一双眼睛:上海光源帮助科学家探索微观世界

  人类在世界上看到的第一件事就是睁开眼睛。光是我们理解这个世界的基础。从红外线,可见光,紫外线,软X射线,硬X射线到伽马射线每个人每天都在处理不同的光线。

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  上海国家科学中心上海光源是张江国家科学中心的兄弟,开放8年来,超级显微镜升级为光:上海光源二期扩建工程, X射线自由电子激光器用户设备和活细胞结构及功能成像平台于去年年底开始建设,X射线自由电子激光测试装置是一个轻量级调试,在这个技术创新的高原,世界的最前沿刚刚开始出现。

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  从分子照片时代进入分子电影时代

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  上海光源是世界上第三代同步辐射科学装置,形状类似于一个巨大的鹦鹉螺。在一个圆形壳体内,三个加速器产生同步辐射。

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  无数的电子昼夜高速旋转。每转一次,沿切线方向辐射出一束不同波长的高质量同步辐射,最后在每个实验台的样品上照射束线。利用光与物质相互作用的科学原理,科学家们可以在分子和原子尺度上观察微观物质世界。

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  国家重型装备发挥主导作用,需要不断创新升级。目前,中国首台X射线自由电子激光测试仪在鹦鹉螺测试仪旁边进行了调光,在此基础上开始建设软X射线自由电子激光用户设备,并于2019年正式投入使用使用。

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  中国科学院上海应用物理研究所所长赵振堂说,X射线光源是研究物质内部结构及其动态过程的工具。作为第四代光源,X射线自由电子激光器的峰值亮度比第三代同步辐射源高10亿分之一。脉冲宽度可以达到飞秒数量级(1000万亿分之一秒),即1000比第三代同步辐射快了一倍,且相干性更好。它可以观察到更复杂或更快的物质现象和法律上的变化。

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  生动地说,同步辐射可以拍摄分子,自由电子激光可以用极短的光脉冲拍摄分子,极大地提高了科学家对物质内部结构的洞察力。赵振堂介绍,同步辐射辐射源+ X射线自由电子激光器具有更全面的实验能力,是目前光子科学平台的最新发展,全球有六个类似的组合,分别建在德国,美国,日本,韩国,瑞士和意大利。

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  让科学研究从白天走向日光

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  专家类比,在上海光源这个大型科学设施的支持下,我们的科学家们从月光下看微观世界,在阳光下看微观世界。这对于促进基础科学研究和吸引国内外一流的科研团队具有重要的意义。

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  自运行8年来,在上海光源的帮助下,2014年,宝新和院士在天然气直接转化利用研究方面取得重大突破,并入选“十大进展”中国科学同年。晏宁研究小组,清华大学医学院首次测定了人体葡萄糖转运蛋白的三维晶体结构,中国疾病预防控制中心高福团队透露出多种流感病毒,埃博拉病毒等病毒感染机制,物理研究所丁红研究小组发现了外方的费米儿子

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  超级X射线就像一个富有成效的演出,给科学家们一个双眼。拿结构生物学来说,原来的单一任务组要解决一个蛋白质结构,可能需要几年的时间。上海光源竣工后,平均解析时间缩短到几个月甚至几天。目前,我们研究人员使用上海光源一年来分析的蛋白质结构数量是前几十年的总和。上海光源中心副主任何建华说。

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  引凤筑巢,共建共享研究生态圈

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  随着硬件设施的不断完善,上海光源在结构生物学,催化,凝聚态物理,材料科学等前沿学科中建起了巢穴,引起了众多的关注。开放共享的研究生态系统逐渐成熟。

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  上海光源向海内外用户开放。刚刚起步的年轻学者,只要申请通过这个学科,同样可以使用大型的科学设施。除少数企业外,90%以上的用户可以自由使用。

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  为了确保每个问题都是公平的,上海轻设计设计了一套用户应用程序,用户专家批准系统规范。每个用户专家工作组由来自不同地区,不同类型单位的10多名一线专家组成,与专题相关,负责该专题的主题评审,学科指导咨询和运行状态监督。清华大学史毅功教授等着名科学家是用户专家工作组成员。

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  除了公平之外,我们还必须考虑到效率。因此,上海光源特别保留部分时间奖励取得优异成绩的研究人员,以最大限度地提高设备的产量。

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  与研究成果一样,这些在公开分享中积累的可复制和可扩展的经验将成为中国促进技术创新的宝贵资产。可以预见,未来中国光谷将联合全球力量,真正把这个热点打造成为具有国际影响力的科技创新中心。

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