摘要：如今，作为中国科学院高能物理研究所研究员、加速器部副主任，他见证了高能同步辐射光源从蓝图变为现实的蝶变——前期，他带领团队完成加速器的物理设计、研发；装置建成后，又转身投入束流调试工作。如果将高能同步辐射光源…
有人称它为中国的“超级放大镜”
，因其能窥见物质内部原子级结构；
有人视它为巨型的“X光机”
，其透视能力远超医用设备万亿倍。
至大，
它的储存环束流轨道周长约1.36公里，环内占地面积堪比20个足球场；
至微，
它发出的光能解析纳米乃至原子尺度的微观世界。
它就是国家重大科技基础设施——高能同步辐射光源（HEPS）。
今天，让我们跟随中国科学院高能物理研究所的两位研究员，走进这座超级光源，聆听他们与光同行的故事。
从纸上构想到蓝图落地
14年，这是焦毅从美国斯坦福大学回国后，投身高能同步辐射光源建设的时间跨度。
2012年，高能同步辐射光源项目还只是构想时，他就主动请缨加入设计研制工作。问及原因，他的回答简单而笃定：
“我很看好这个事，觉得中国能做好这个事，我们能做好这个事。”
如今，作为中国科学院高能物理研究所研究员、加速器部副主任，他见证了高能同步辐射光源从蓝图变为现实的蝶变——前期，他带领团队完成加速器的物理设计、研发；装置建成后，又转身投入束流调试工作。
焦毅在中央控制室
设计阶段，如同一场在茫茫参数海洋中的“捞针”之旅。
“我们要的不是‘可以’，是‘最好’——目标是做出国际最先进的光源。”焦毅说。
每一个参数的优化，都必须在技术可行性、性能极限与工程成本之间找到精妙的平衡。这要求设计者既深谙物理原理，又通晓工程技术，还要对中国相关工业领域的能力边界有清晰认知。“不能提出无法实现的‘天方夜谭’式的要求，也不能因保守而降低追求。”焦毅解释，这是一场理性与极限的深度对话。
然而，真正的硬仗，在于连接设计与应用的关键环节——束流调试。
可以这样理解束流调试的重要性：虽然用户在实验时不直接使用电子束，但是同步辐射光由电子束产生，光的亮度、稳定性和品质与电子束流的状态紧密相关。
储存环加速器
储存环加速器中，1776块磁铁精密排列引导电子束的运行。在只有大拇指粗细的管道内电子束以近光速运行，在环中转一圈只用4.5微秒。一秒的时间，它已经旋转了20多万圈，在这个过程中，任何微小的偏差都会导致电子撞上管壁而丢失。
“从苦恼电子束的无法多圈循环，到实现了束流存储但状态不对，都是我们遇到的难题。有时候，你知道它不对，却不知是千百个因素中什么原因导致的。”焦毅形容，这就像拆解一个千头万绪的毛线团，需要极大的耐心和智慧去找到那根关键的线头。仅是实现电子束的首次稳定储存，团队就耗时近1个月。
在这场攻坚中，最让焦毅自豪的突破之一，是束流调试软件的完全自主研发。
“调束软件是同步辐射光源的核心技术之一。过去，国内光源的调试软件大多从国外移植。”他说，团队用三年时间，从零开始，写出了性能优异的自主软件。如今，这套软件不仅运行良好，甚至引起了国外同行的关注，希望能给他们开源共享。焦毅表示：“如果开源，这将是中国团队给国际光源社区的一份美好回馈。”
从2023年开始调束，焦毅和团队便开启了“两班倒”的节奏，从早九点到晚九点，再到次日早九点，机器不停，人也不休，周末与假期都成了遥远的“词汇”。这期间最让焦毅印象深刻的是，2025年12月9日束流突然丢失了，束流轨道跑得很远，发现原因竟是日本地震波对束流的扰动。地震波传到怀柔的高能同步辐射光源后，对地面造成的微小振动足以影响这台精密装置。焦毅说：“它就像一个超高灵敏度的地震记录仪。要将这么复杂精密、灵敏的机器运行得非常稳定是极大的挑战。”
从“跟跑”到“领跑”的光学攻坚
加速器及其周围布置的10余条光束线站构成了高能同步辐射光源的主体
结构。
它通过将电子加速到接近光速，并使其在磁场中偏转，沿运动切线方向放射出高能量、高亮度的超强光，而成为探索微观世界不可替代的国之重器。
高能同步辐射光源实验大厅
如果将高能同步辐射光源比喻为一个超级精密的“光线工厂”，那么每一条光束线站就是一台大型的X射线光学“显微镜”。
而每条光束线都是一套复杂精密的、挑战技术前沿的、综合优化的光学系统。中国科学院高能物理研究所研究员、光束线站部副主任李明的战场就在这里。
李明在光束线站
2012年高能同步辐射光源预研项目启动时，李明面临一个关键抉择：是跟随国际主流技术路线，还是走自主创新的新路？他选择后者。“走别人走过的路是捷径，但你甚至可能不知道为什么这么走。”在持续攻关的过程中，他在同步辐射光束线、X射线光学领域提出多种新方法，开发了多项新技术，研制了多套新设备，创造性地解决了第四代光源束线的系列关键问题。
他带领团队建设了国内最完备的X射线光学技术研发平台，被国际评估专家组誉为达到了国际上最好的研究中心水平。
HEPS发出“第一束光”后工作人员合影
李明说，最激动人心的是高能同步辐射光源成功发出“第一束光”的时刻。
2024年10月12日晚上，一束由插入件产生的同步光，第一次“出了圈”。它率先跨过储存环21区插入件的引光口，笔直地射向350米外的出光口。技术人员早已做好布置，在出光口挂起一张橙色“胶片”。随后，光闸打开，眨眼间，“胶片”上就浮现出一个规整的黑色方块——这就是高能同步辐射光源“第一束光”留下的身影。
李明回忆：“当晚，团队立即开展验证性实验，成像清晰度超过预期，实现了出道即‘巅峰’！”
“这意味着我们可以为飞机做体检，为原子、分子‘拍电影’，捕捉物质在极端条件下的瞬态行为。”李明说。
高能同步辐射光源作为多学科综合性研究平台，其应用范围涵盖工程材料、地质考古、生物医药、微电子、物理化学、能源环境等基础科学和产业创新的多个关键领域。
目前，
首批建设14条用户光束线站已完成了两轮试用课题的征集，向国内外科研机构以及企业等用户开放。
在这里，利用这个“放大镜”的神奇能力，能够观测航空材料在高温等极端环境下微观结构变化，进而助力改进它的安全性能；能观察新能源电池充放电过程中电极材料的价态变化和电子结构演变，为开发高性能电池提供指导；可以用于灵长类动物脑部神经网络的高分辨三维成像，推动全脑科学研究的发展……
这座“大国重器”即将成为探索物质微观结构及演变、推动多学科交叉创新的强大平台。
生物分子线站对蛋白质晶体进行观测
“从参与项目到2025年10月29日高能同步辐射光源通过工艺验收，再到当前，紧绷的神经始终没松下来。从性能达标到稳定好用、产出好的成果，还有很长的路要走。”李明带领团队建立了新一代光源的调光技术体系，在极短的时间内完成了光束线站调光，性能达到国际一流水平。
紧接着他们又面临新的挑战：如何将这台“科研级”装置变成“工业级”的可靠工具？
他说：“科学家们开展实验时，装置需要维持稳定的高性能状态，让他们方便地使用高质量的光，是我们的初心。”
从“大装置”迈向“大科学”的中国底气
晨光下的高能同步辐射光源（无人机照片，2024年12月27日摄）。新华社发（袁广摄）
2019年前，这块土地还是一片空旷；如今，这里发出的光将照亮科学研究的未来。这座巨大的“放大镜”内，未来可建设约90个光束线站，服务更多的国内外科研团队。
作为世界上设计亮度最高的第四代高能同步辐射光源，高能同步辐射光源支撑的范围远超以往——从基础科学探索，到产业技术攻关。围绕这个“超级放大镜”，一系列前沿实验室和研究机构正加速聚集。一个以高能同步辐射光源为核心、多学科交叉的国际一流综合性研究中心，正在自然生长、加速形成。
21世纪以来，科学研究范式正从“小作坊”模式迈向“大科学”工程模式，在此浪潮中，北京在怀柔科学城布局了一批大国重器！高能同步辐射光源探秘微观，地球系统数值模拟装置博古通今，综合极端条件实验装置揭秘物质的“超能力”，多模态跨尺度生物医学成像设施让疾病看得见……怀柔科学城的科技设施项目密度位居全球前列，37个科技设施中29个进入科研状态，6个国家重大科技基础设施已有4个正式运行，已成为北京建设具有全球影响力的国际科技创新中心的重要支撑！
从一片空地到世界级科学地标，从单一装置到创新生态集群——怀柔科学城的故事，印证着北京乃至中国在全球科学前沿迈进的坚实步伐，相信，在大科学时代，这里将揭开一个又一个未知世界的奥秘。
来源：张芩宇宙万物