在北京懷柔，有一座造型酷似放大鏡的建筑，這里藏著一臺由中國自主研發(fā)并讓世界矚目的大國重器——中國首臺高能同步輻射光源HEPS。這臺裝置可發(fā)出比太陽亮1萬億倍的光，穿透物質(zhì)表層，看清原子級別的微觀結(jié)構(gòu)。

作為亞洲第一臺、全球僅三臺的頂尖科學(xué)裝置之一，HEPS是世界上發(fā)射度最低、亮度最高的第四代高能同步輻射光源之一。它于2025年10月29日通過了工藝驗收，并計劃于2026年逐步對用戶開放。

比利時觀察員彭望龍受邀走進(jìn)HEPS，與科研人員對話，深入了解“超級放大鏡”的誕生密碼與應(yīng)用藍(lán)圖。HEPS的核心部件是儲存環(huán)，周長接近1.4公里。在這個環(huán)形管道里，電子以接近光速的速度循環(huán)運(yùn)動，每秒完成數(shù)萬圈旋轉(zhuǎn)，在切線方向發(fā)出超強(qiáng)X射線。這些光可以揭示微觀結(jié)構(gòu)，推動許多科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。如今全球近70%的已知生物大分子結(jié)構(gòu)是通過同步輻射被探測出來的。

全世界有超過50臺同步輻射光源，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足用戶需求。作為此類儀器中最先進(jìn)的一代，第四代高能量同步輻射光源在全球僅建成了三臺。HEPS將束流體積縮小了100倍，光線更集中、更明亮，能看清兩埃以下的微觀結(jié)構(gòu)，達(dá)到真正的原子級精度。

圍繞儲存環(huán)分布著14個用戶光束線站，將來可以建成幾十個光束線站，同時容納幾十組科學(xué)家開展研究。從蛋白質(zhì)晶體到高鐵車輪，從猴腦組織到人體器官，這臺“超級放大鏡”的研究領(lǐng)域十分廣泛。

在生物大分子線站中，即將用HEPS發(fā)出的X射線對蛋白質(zhì)晶體進(jìn)行觀測。清華大學(xué)的饒子和院士曾利用上海光源快速得到了新冠病毒主蛋白酶的結(jié)構(gòu)，并基于此設(shè)計藥物。HEPS硬X射線成像線站負(fù)責(zé)人黎剛表示，這里的線站是世界上空間相干長度最長的同步輻射成像線站之一，能夠看到很小的一個病變。未來，HEPS將能夠照出人腦樣本，促進(jìn)阿爾茨海默癥等疾病的研究。

目前，中國政府投入50億資金建設(shè)這個大科學(xué)裝置，面向全球用戶開放，已有百余名用戶排隊等候。來自各領(lǐng)域的頂級專家組成的用戶委員會持續(xù)關(guān)注裝置的后續(xù)運(yùn)行情況，以期促進(jìn)前沿基礎(chǔ)科學(xué)研究、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和國際科學(xué)交流。

為了實現(xiàn)這樣的工程，精度控制是最難的部分。磁鐵是光源的關(guān)鍵部件之一，每兩個磁鐵中心的偏差必須小于30微米。安裝磁鐵的地面振動要控制在25納米以內(nèi)，才能保證電子束每一圈旋轉(zhuǎn)的位置變化不超過1微米。準(zhǔn)直實驗室負(fù)責(zé)人董嵐展示了如何通過激光跟蹤儀精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)磁鐵的實際安裝位置與理論位置在微米尺度的差距，進(jìn)行校準(zhǔn)。

董嵐參與過多個同步輻射光源項目，他認(rèn)為中國在這一領(lǐng)域發(fā)力是因為需要大量同步輻射裝置來支持小分子結(jié)構(gòu)甚至原子結(jié)構(gòu)的研究。這次挑戰(zhàn)空前，突破了精度的極限，科研和創(chuàng)新用了兩年多。為了按時完成任務(wù)，董嵐選擇堅守戰(zhàn)場，與團(tuán)隊成員共同努力。

焦毅也是堅守的科研人員之一，他從北京城區(qū)搬到懷柔辦公，過去三年經(jīng)常連續(xù)幾個月24小時輪班調(diào)試光源。2012年，焦毅就開始參與HEPS的設(shè)計，歷時十年才設(shè)計完成。他表示，所有設(shè)計和硬件建造都是獨立自主完成的，設(shè)計方案可以保證HEPS建成后在未來五到十年始終是國際上最亮的同步輻射光源之一。

為了更清晰地揭示微觀結(jié)構(gòu)，這里還建造了一個實驗室，具有無與倫比的光學(xué)鏡面檢測能力。一面鏡子的成本高達(dá)30萬到200萬元人民幣不等。

2026年，HEPS將正式運(yùn)行。在過去三四十年里，中國規(guī)劃的77項國家重大科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施項目已有近半數(shù)建成運(yùn)行，為科學(xué)和社會發(fā)展注入巨大動力。