比太阳亮万亿倍！中国超级显微镜年底亮相，能解开哪些科学密码？

游戏天地 2025年07月24日 00:00 1 admin

据央视新闻7月22日独家获悉，位于北京怀柔科学城的“国之重器”——高能同步辐射光源（HEPS）一期工程将于2025年底完成建设并启动试运行。这台被称为“超级显微镜”的装置，将发射比太阳亮度高1万亿倍的光，以原子级精度照亮微观世界，标志着中国在光子科学领域正式跻身世界第一梯队。

一、万亿倍亮度的“光剑”如何炼成？

HEPS的核心是周长1.36公里的储存环加速器，通过三级加速将电子束流能量提升至6GeV（相当于光速的99.999999%），再利用2400多块高精度磁铁引导电子束做圆周运动，激发出高强度同步辐射光。

这种光不仅亮度惊人，还具备超高时间分辨（皮秒级）和纳米级空间分辨率，能同时实现“超快”与“超微”观测——比如捕捉电池充放电时电极材料的实时相变，或解析病毒蛋白在药物作用下的结构变化。

与传统实验室X光机相比，HEPS的亮度跨越了17个数量级。形象地说，若把普通X光比作手电筒，HEPS就是激光手术刀，能穿透航空发动机叶片内部，检测出微米级裂纹。

其15条已出光的光束线站中，硬X射线成像线站（HXI）尤为瞩目：单次扫描即可获取几十万个样品点的衍射信号，为飞机材料探伤和全脑3D成像提供革命性工具。

二、破解三大“卡脖子”难题

1. 工业创新的“显微镜”

在宁德时代与HEPS的合作实验中，研究人员通过原位观测发现，新型固态电解质在充放电过程中会产生纳米级应力裂纹。

这一发现直接推动材料配方优化，使电池循环寿命提升40%。

类似场景将在航空航天、芯片制造等领域大规模上演——HEPS可对光刻机镜头镀膜进行原子级缺陷检测，助力国产高端装备突破技术瓶颈。

中科院生物物理研究所团队已利用HEPS完成新冠病毒刺突蛋白与中和抗体的结合机制研究。

通过时间分辨X射线衍射，他们首次观察到抗体“锁定”病毒的全过程，为广谱疫苗设计提供关键数据。

未来，这种技术还将应用于癌症靶点发现和基因编辑验证，让精准医疗真正“看得清、打得准”。

厦门大学与HEPS共建的电化学联合实验室，正在开发AI驱动的全自动表征平台。

通过实时监测锂枝晶生长动态，研究人员已找到抑制电池短路的新方法，相关成果预计使动力电池安全性提升3倍。

这种“原位表征-算法优化-材料迭代”的闭环体系，将大幅缩短氢能、固态电池等技术的产业化周期。

三、全球竞争中的中国方案

当前全球已建成的第四代光源不足10台，HEPS以0.06纳米弧度的发射度设计，成为唯一同时实现“高能”与“高亮度”的装置。

其创新的注入引出机制，将电子束利用率提升至90%以上，能耗降低30%，被国际同行称为“绿色光源”典范。

更值得关注的是，HEPS的核心设备国产化率超过90%，从纳米聚焦镜到高精度磁铁，关键技术均实现自主可控。

这种技术突破正在改写国际科研格局。2024年，欧洲同步辐射装置（ESRF）因升级改造暂停运行时，全球30%的材料科学实验申请转向HEPS。中科院高能所透露，目前已有来自20多个国家的科研团队提交了合作申请。

四、从实验室到产业界的“最后一公里”

尽管技术领先，HEPS的产业化之路仍需突破两大挑战：

1. 规模化应用瓶颈：目前单条光束线站日均服务约10个样品，若要满足工业界需求，需将通量提升至百倍级。项目团队正研发多通道并行检测技术，预计2026年实现“一机多用户”运行。

2. 跨学科人才缺口：操作HEPS需要同时精通加速器物理、材料科学和数据分析的复合型人才。中科院已启动“光子科学英才计划”，与清华、北航等高校联合培养定向人才。

当HEPS的光束穿透怀柔科学城的穹顶，我们看到的不仅是技术突破，更是中国科技从“跟跑”到“领跑”的战略转身。

这台万亿倍亮度的“超级显微镜”，能否像上海光源推动非典疫苗研发一样，再次改写人类认知极限？当它的光束照亮量子材料的电子云，或捕捉到暗物质粒子的微弱信号时，我们或许正在见证下一个诺贝尔奖级发现的诞生。

如果HEPS能免费向全球开放，你认为这会加速科学发现，还是导致技术外流？在基础研究与产业应用之间，中国该如何平衡“开源共享”与“技术保密”？

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