北京这里将打造全球“最亮光源”!

北京这里将打造全球“最亮光源”!

要想破解微米级别的“蛋白质之谜”,科学家首先需要的是什么?一座大科学装置,一道能穿透微观物质的先进光源。6日,位于怀柔科学城的国家重大科技基础设施北京高能同步辐射光源(HEPS,俗称北京光源)完成主体钢结构施工,周长近1.4公里的装置区正式连接成环。寓意“希望之光”的北京高能同步辐射光源,就像一扇通往微观世界的“窗口”,建成后将成为世界上亮度最高的第四代同步辐射装置。

人类生存和发展从来就离不开对光的利用和开发。就像手电筒越亮看物体越清楚一样,要看到微观物质的细节,很重要一点是要有足够的亮度。为制造能量更高、亮度更强的小光斑,人类就发明了可产生更小光斑的大工具,即同步辐射光源。

同步辐射光源研发于上世纪60年代末,被誉为“神奇的光”。这种装置的理论基础来自经典电动力学中的同步辐射定律,利用这一定律,基础科学研究者们得以建构起一种相对论性电子(或正电子)在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能新型强光源。

地处怀柔科学城核心区的北京高能同步辐射光源项目,由中科院高能所承担建设,是国家重大科技基础设施建设“十三五”规划优先布局的大科学装置之一,总建筑面积约12.5万平方米,主要包括加速器、光束线和实验站等。从高空俯瞰看,整体建筑外形似一个放大镜,寓意“探测微观世界的利器”。而这其中,周长近1.4公里的装置区,犹如放大镜的镜框,是造型的“点睛之笔”,也是将来放置大型科学仪器的地方。

“过去说一项工程建设难,常用的词是体量大、精度高,可对于北京光源这座大科学装置来说,每一步都是未知数,仿佛一次科学探索。”施工方北京建工集团北京光源项目经理任锦龙提起,自项目建设伊始,就邀请了一支由“最强大脑”组成的超级智囊团,提供严谨的科学论证与帮助。结构工程专家、工程振动控制与结构抗震专家、中国工程院院士……每一位智囊都是业界的执牛耳者。

可即便如此,进入施工阶段,第一道关卡就难倒了所有人。由于肉眼很难察觉的极轻微振动也会对电子束流的稳定性带来极大影响,在地基施工阶段,科学家就提出了一项要求——防微振动控制目标要小于25纳米。

“我们平时说精度控制在厘米级、毫米级,可纳米级,建筑规范中就没有这个词。”副总工程师荣慕宁举了一个生活中的例子,我们常用细如发丝来形容纤细的东西,但其实人的头发的直径一般在20到50微米,而1纳米只有1微米的千分之一。25纳米,就意味着结构需要无限趋近于“零沉降”。

“零沉降的地基怎么做?整整4个月的时间,我们不是在做试验,就是在去做试验的路上。”荣慕宁介绍,反复试错后,项目团队才选定对未来光源装置区的储存环隧道及实验大厅地基采用厚达3米的素混凝土进行基础换填。

随着今天最后一根钢梁吊装到位,北京光源完成主体钢结构施工,下一步将投入金属屋面及机电安装施工。同时,装置区结构内,重晶石混凝土隧道浇筑也在热火朝天地推进中。

中科院高能物理所相关负责人介绍,按照目前规划,北京光源将于2025年建成运行。届时,它不仅是我国第一台高能同步辐射光源,也将是世界上最亮的第四代同步辐射光源,能够为基础科学和工程科学等领域原创性、突破性创新研究提供重要支撑平台。

责编:安再尔江•艾合买提

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