在科学的奇妙世界里，有些重大发现始于一次不经意的相遇。1947年，美国通用电气实验室里，科学家们正在调试一台电子同步加速器，忽然，一束从未见过的强光闪现——这就是后来被称作“同步辐射”的光。如同一支在黑暗中突然打开的“宇宙级手电筒”，它不仅照亮了实验室，也照亮了人类探索微观世界的新征途。谁也没想到，这次偶然的“邂逅”，竟在几十年后成为支撑材料科学、生命医学、环境化学等领域发展的“大国重器”。而中国，也在这场“追光竞赛”中，悄然完成了从跟跑、并跑到领跑的华丽转身。

　　同步辐射的原理并不复杂：当带电粒子（如电子）被加速到接近光速，并在磁场中做圆周运动时，就会沿着切线方向辐射出电磁波。你可以想象下雨天旋转雨伞，水滴沿切线飞出，只不过在同步辐射中，“水滴”变成了高能光子，照亮的是原子、分子，乃至生命的奥秘。

　　高能同步辐射光源的前世今生

　　同步辐射：照亮微观世界的“宇宙级手电筒”

　　同步辐射，本质上是一种“光”，但它不是普通的光。它的亮度可达太阳表面亮度的万亿倍，波长覆盖从红外到硬X射线的广阔区间，如同一把可以随意调节的“超级显微镜”，帮助科学家看清材料的晶体结构、蛋白质的三维构象，甚至化学反应的动态过程。

　　这个“超级显微镜”之所以强大，不仅因为它“亮”，更因为它“准”——高相干性、高准直性、宽波谱覆盖，使它成为解析物质内部结构不可替代的工具。

　　中国追光40年：从一穷二白到亚洲最亮

　　中国的“追光之路”，起步于1978年。当时合肥同步辐射装置预研启动，彼时国内几乎是一片空白。幸而有识之士如李政道等人高瞻远瞩，早在70年代就力主推进正负电子对撞机与同步辐射装置的建设，为中国光源事业播下第一粒种子。

　　从第一代北京同步辐射装置，到第二代合肥光源，再到第三代上海光源，中国的光学工程团队一路闯关：没有技术，就自己设计加工加速管；面对封锁，就自主研发磁铁与真空系统。三十多年筚路蓝缕，中国光源从无到有、从弱到强，终于迎来第四代高能同步辐射光源的启动。

　　高能同步辐射光源：怀柔科学城的“光核”

　　走进北京怀柔科学城，一座周长 1360 米的巨型环形建筑赫然矗立，占地面积相当于 20 余个标准足球场。这座宏伟的科学工程，正是我国自主建设的高能同步辐射光源。建成后，高能同步辐射光源 将成为亚洲首座第四代同步辐射光源，并跻身全球亮度顶尖的同步辐射装置行列。其超高亮度的特性，让人类得以窥见前所未有的微观世界：无论是锂电池充放电时的内部动态变化，还是药物分子与病毒蛋白的结合过程，亦或是新材料在极端环境下的结构演变，都将在这束 “光” 下展露无遗。

超级光源极限突破中的“工程密码”

　　在高能同步辐射光源的环形隧道中，藏着一群工程师的“极限挑战”：要让电子束以每秒12万圈的速度狂奔，地面振动必须控制在25纳米以内——相当于头发丝直径的1/4000；1350米长的防辐射墙，需用密度是普通混凝土2倍的重晶石浇筑，还要做到“零贯穿裂缝”。

　　纳米级“防震地基”：世界首个人工基石防微振系统

　　对高能同步辐射光源来说，“稳”是生命线。电子束在环中高速运行，任何微小振动都可能导致光束“跑偏”。为此工程团队打造了一块厚达3米、体积11.8万立方米的素混凝土“超级防震垫”，并研发“吊车吊装组合振捣梁”，实现“梳理式振捣”，让混凝土密度和弹性模量高度均匀。他们还创新使用“有限掺量水泥复合环氧树脂”进行无压灌浆，将施工缝变为整体。最终，实测振动响应低于了看似不可能的25纳米的设计要求。这也是世界首个以“人工基石”为主体的防微振地基，指标达国际领先水平。

　　84米深“准直灯塔”：毫米级精度的“地下导航系统”

　　高能同步辐射光源有12个“准直基准点”，相当于电子束的“导航灯塔”，要求“零沉降、零位移”，垂直度误差不超过3.75‰——难度如同“在84米深的井里立一根绣花针”。团队采用旋挖成孔技术穿透卵石地层，并研发“双套筒同轴同心制作工艺”，用40米长、重53.7吨的钢护筒隔绝周边土体干扰。磁钢基准埋件平整度控制在1毫米内，孔位误差仅±0.015°，最终实现“零沉降”目标，打造出世界最长的抗干扰高精度准直点。

　　1350米“防辐射长城”：重晶石混凝土的“无裂缝奇迹”

　　储存环隧道是HEPS的辐射防护屏障，全部使用重晶石混凝土浇筑，并实现了无贯穿裂缝——这在高密度材料超长环形结构中极为困难。为此团队研发“连续泵送+二次粗骨料抛填”施工法，在低温环境下实现4.2米高墙一次性浇筑；优化配合比，加入膨胀剂使混凝土“自带抗裂属性”；全程温度监测。最终1350米隧道无一条贯穿裂缝，防辐射性能超标15%，工期缩短50%。

　　“电梯式”束流回收：全球首创的能量再生技术

　　传统光源需不断注入新束流，能耗高、效率低。HEPS要实现“绿色运行”，必须突破束流循环利用技术。而工程团队首创“电梯式”置换注入技术：让储存环中能量衰减的旧电子束团“坐电梯”到增强器，与新电子束混合“充电”后重新注入。这套系统使束流利用率提升50%，能耗降低30%，被国际评价为“加速器节能的里程碑”。

　　“芒果扭摆器”与MBA结构：让光更亮、更准的“光学革命”

　　HEPS要产生“世界最亮的硬X射线”，必须在加速器光学设计上实现突破。为此储存环采用“改进型混合多弯铁消色散结构”，加入“反向弯转二极铁”和“纵向梯度二极铁”，将电子束发射度压缩至35皮米·弧度，亮度提升30%以上；研发世界首个“芒果”型扭摆器，特殊磁场设计让X射线兼具“大视场成像”和“纳米级分辨率”，破解了传统设备“视场与分辨率不可兼得”的难题。

　　数字化“建造大脑”：全流程智能管控

　　HEPS包含1776块磁铁、2500余台电源、10万路控制信号，任何微小误差都可能导致整体失效。团队构建“建造大脑”使用全流程数字技术搭建全三维模型，提前解决2000多处管线碰撞；施工中用三维激光扫描实时监测结构变形；开发“数字资产系统”，实现从设计到运维的全生命周期数据管理。

　　从1947年实验室里那道意外之光，到今天中国即将拥有世界上最亮的高能同步辐射光源，70多年的“追光之路”，见证的不仅是技术的飞跃，更是一个民族工程创新。而其中的每一项都是对 “极限” 的突破 —— 从纳米级防振到毫米级准直，从重晶石混凝土到数字化管控，中国团队用自主研发的技术，打破了国外在第四代同步辐射光源领域的技术垄断。这些创新不仅让高能同步辐射光源成为 “世界最亮的光源之一”，更形成了一系列自主创新技术与专利奖项，为全球大科学装置建设提供了 “中国样本”。

　　当这束比太阳亮 1 万亿倍的光在怀柔 “点亮” 时，我们看到的不仅是探索微观世界的 “超级显微镜”，更是中国工程师用智慧和汗水筑起的 “科技长城”。这就是“大国重器”最硬核的底气，也是一个民族向着科学之光，永不停歇的追逐。

　　（本文作者：吴吉明，北京土木建筑学会常务副秘书长）