这一束光 让我看到你 | 袁岚峰

　　袁岚峰：你能看见我吗？你现在看不到我，但如果加一点光，再逐步增加更多光，ok，你现在能看到我了。

　　但如果要看清微小的细胞，就需要借助显微镜，用更强的光。而如果我们要看清更微观的世界，例如原子内部，此时，显微镜也无能为力。对此我们需要的是什么呢？需要的是合肥先进光源，就是我们现在所处的地方。拆开这颗科学之眼，你会看到什么？

　　封东来：我们同步辐射是有一个直线加速器，电子从这边一直加速到满能量，大概到2.2GeV，然后就通过(束流)注入，注入到储存环里面，然后在480米的储存环里转圈，储存环有20个周期，每个周期2个地方引出光。

　　袁岚峰：有一个非常有意思的问题，就是它为什么叫作同步辐射？因为好多人都知道辐射指的是光，但是同步这个词是怎么来的？

　　冯光耀：所谓同步辐射，就是以接近光速运动的带电粒子，它在电磁场的作用下有的时候会发生偏转，那么沿着运动的切线方向发出的这种辐射，这个就是我们定义成同步辐射。其实同步辐射的同步跟辐射特性本身没有必然的联系，它是指的加速器这个电子储存环的同步。

　　作为亚洲目前正在建设的唯一低能量区第四代同步辐射光源，合肥先进光源达到“衍射极限”，较前代软X射线亮度提升百倍。但低能量区是什么意思？能量难道不是越高越好吗？衍射极限又是什么？让我们来一一揭秘。

　　同步辐射光源可以覆盖从红外至X射线波段，根据电子能量及优势波段可划分为高、中、低能光源。与高能量区光源侧重硬X射线相比，低能量区光源在软X射线波段具有独特优势，擅长探索纳米级尺度的物质结构和动态过程。

　　衍射极限指的是辐射光由于自身的干涉和衍射等波动性物理定律限制，理论上能达到的最小光斑尺寸。

　　简单来说，当电子束发射度≤辐射光波长除以4π时，光源可视为“从同一个点发出”，光的亮度和相干性达到最优，进一步缩小光斑尺寸对提高亮度作用有限。

　　合肥先进光源通过优化设计，使发射度低至0.085 nm·rad，实现了波长1nm以上同步光的高横向相干性。

　　我们这里反复提到的“相干性”，可以简单理解为所有光波步调一致，比如激光笔和手电筒，相干性越高，亮度就越强；反之就越暗淡，

　　封东来：有了相干性跟没有相干性，它是一个革命性的区别。所以你像我们过去在大学里做过这个实验，全息照相，以前你用我们三代光源做全息照相的，它的真正相干的光子通量只有千分之一，非常弱。现在的话我们等于增加了几百倍，达到了百分之几十，所以你现在很多我们叫做相干散射成像，还有相干光子的关联谱，有很多过去做不了的事情，现在就可以请轻松地做。

　　举一个我们一直很关心的例子是，现在随着老龄化社会的到来，像阿尔兹海默症，俗称老年痴呆，这个病的话，它其实就涉及到我们的细胞里面，有一些蛋白质的错误的折叠输运这些纤维化的这么一个过程。而过去的话我们就缺乏这个手段来看清楚这些过程，所以很多药物研发有点难以对症下药了，所以未来的话，有了四代光源，我们对这个细胞就可以做相干的成像，成像之后就希望能把它看清楚这些病理，就是为这些的疾病做一个很大的支撑。

　　而想要精准驾驭这束高相干性的光，离不开一个关键元件——衍射光栅。在同步辐射装置中，衍射光栅通常是光束线站承上启下的重要组成部分，它连接着产生光的储存环，为最终实验终端筛选出指定波长可用光。

　　封东来：像光栅的话，我们现在已经完全（实现）国产化，我们全部是自己生产。

　　这一成果不仅满足了合肥先进光源的建设需求，也为我国在高端光学元件领域积累了关键技术经验。那么合肥先进光源采用的H6BA磁聚焦结构，又有哪些独特性？

　　封东来：我们这个是一个原创的设计。

　　冯光耀：现在的这种MBA的磁聚焦结构有两种，一种就是常规的（MBA结构），它的β函数这些都是均匀分布的。我们这种其实是更先进的一种磁聚焦结构。我们在设计的时候，就把这个色散函数大的地方的磁场降下来，然后色散函数小的地方的磁场涨上去，这样的话磁铁的磁场对整个束流特性影响更小。

　　作为储存环的核心组成部分，H6BA周期性磁聚焦结构对电子束流进行精确引导，如同给一群以近光速狂奔的电子修了一条超级跑道，让它们能集体顺利过弯，从而甩出更亮、更集中、更纯净的“光”。然而，这条超级跑道对稳定性有着严苛的要求。

　　潘洋：第四代光源最核心的就是它的发射度，那么如果有一个小的振动，可能就让电子在它原先的轨道上偏离，所以在建筑的设计上，我们首先所有的考虑都要为这个振动去服务。

　　这种对极致稳定的追求，不仅体现在技术参数上，同样也贯穿于项目命名的深意与建筑设计的巧思。

　　封东来：我们合肥先进光源的简称是HALF。其实这个名字它体现了几点用意，那么第一个当时封老师提出来，光源要充分发挥它的作用，我们合肥光源的线站科学家和这些工程人员，它只能体现一半的作用，另外一半要靠全世界的科学家来和用户。

　　建筑形制采用半圆切割设计，既通过非对称结构增强稳定能力，又以开放姿态呼应“科研无界”的理念，实现建筑稳定性与功能拓展性的双重突破。

　　那么，合肥先进光源的目标是什么？对科学、对国家、对民众又有哪些价值？

　　刘啸嵩：我们建这个光源的最终目标是让用户来这个更好地使用。这样的光它是可以用到很多的领域，工业上的应用，国民经济的应用也非常之多。

　　具体到国家现在急缺的一些技术的发展和创新角度，比方说极紫外光刻，这是我们国家现在被卡脖子很严重的一个领域，国家也投入了巨大的资金来支持企业搞光刻机的国产化自主研发。

　　我们合肥光源对于像光刻胶材料的研发，曝光工艺的研究，还有像在光刻机里边一些非常关键的元器件的研制，以及系统集成等等这些方面也有非常多的应用的前景。

　　与其他设施不同，大科学设施具有鲜明的工程和科研双重属性。

　　刘啸嵩：科学的属性要求我们要有这种创新的精神，最重要的就是有这个叫“功成不必在我，功成一定有我”的这种精神。我们的这些年轻人其实在整个装置里边，从工程的角度来说，他可能就像一个螺丝钉或者一个很小的部件，任何一个部件、一个系统出问题，都会导致整个工程最后出问题。

　　封东来：普通在国外干一个大光源要七八百人，我们只有两百人，很多人都是身兼多职。

　　裴老师，80多岁，他是原来的副总工程师，我们科大资深的老教授，他现在是工程里面哪一个环节最缺人，我就去作螺丝钉。裴老师前几天有轻微的脑梗，他在病床上还在研究真空。我们还有一个王秋平的女儿叫王梓萌的，父女两代人在做同一件事，都是我们的主力。

　　这种“集中力量办大事，甘当无名螺丝钉”的特质，正是对“两弹一星”精神的传承。没有个人英雄，只有代际接力；不求青史留名，但求国之重器。

　　从2006年启动预研到2028年全面开放，HALF将按节点推进。

　　封东来：我们合肥先进光源，明年春节前所有的建筑就开始交付，2026年是紧锣密鼓的加速器的安装，包括注入器跟储存环的安装，那么到了后年，基本上就要达到出光了，在最后到28年初的话就开始要初步的做实验。到28年9月，我们就要全面的对全国用户、全世界的用户都要开放，所以这个也是我们希望向中科大的70周年校庆献礼。

　　这条跨越四十多年的追光之路，都在等待着那一刻。

　　袁岚峰：当中国睁开这只“科学之眼”我们会看见什么？

　　我们终将会看见，那些被黑暗隐藏起来的答案！

　　本视频来自2025企鹅科普视频大赛中合肥先进光源的选题，封东来院士团队作为科学顾问，袁岚峰和可视科学联合制作，感谢各机构和网友对科普的支持。