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中国首台“超级显微镜”启动建设 怀柔科学城两大科学装置上线!

2019-07-05 14:11:43
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6月29日,怀柔科学城两大国家重大科技基础设施高能同步辐射光源和多模态跨尺度生物医学成像设施于同天启动。

 
中科院高能物理研究所领导、项目代表、项目组成员等出席高能同步辐射光源启动仪式。
 

教育部副部长孙尧、北京大学党委书记邱水平、校长郝平出席多模态跨尺度生物医学成像设施启动仪式。

启动仪式在怀柔科学城起步区举行中科院高能物理研究所领导、项目代表、项目组成员等出席高能同步辐射光源启动仪式 教育部副部长孙尧、北京大学党委书记邱水平、校长郝平出席多模态跨尺度生物医学成像设施启动仪式。

高能同步辐射光源探测微观世界的“超级显微镜”

高能同步辐射光源效果图

高能同步辐射光源由中科院高能物理研究所作为法人单位,占地976亩,总投资47.6亿元,预计2025年建成运行。项目建成后,将是我国第一台高能同步辐射光源,也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一。这个装置的建筑外形像一个放大镜,相当于是探测微观世界的“超级显微镜”。

该项目将在我国先进材料、航空航天、能源、环保、医药、石油、化工、生物工程和微细加工等领域中广泛应用,提供突破瓶颈问题的关键手段,通过推动技术创新,提升企业的核心竞争力,推动相关高科技产业的发展。

高能同步辐射光源将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,成为我国重要的国际科技合作与基础科学研究平台,提升我国在相关领域原始创新能力的同时,增强我国国际影响力。

高能同步辐射光源可应用于对材料变化的观察

“比如粤港澳大桥的一个工件,我们通过模拟南方高盐、高湿、高温的环境,模拟大桥工件实际的工作环境,再用光源去观察它,看它什么时候出现裂缝。”高能同步辐射光源项目副总经理董宇辉说。

董宇辉介绍,“光越强,就越容易看得清楚。一个工件从出现裂缝到断裂,肯定是从细微缺陷开始的。高能同步辐射光源能观察到纳米级的缺陷开始,我们通过加速真实环境的过程,再得到小缺陷变成大裂缝的时间。这样就能得到它工作周期的信息,保证材料使用的安全。”

多模态跨尺度生物医学成像设施 生命医学领域世界一流的重大科技设施

多模态跨尺度生物医学成像设施效果图

据悉,多模态跨尺度生物医学成像设施由北京大学作为法人单位,联合中科院生物物理所建设的国家重大科技基础设施,也是怀柔科学城目前唯一聚焦生命科学的国家重大科技设施。项目占地100亩,总投资17.35亿元,预计2023年建成运行。

高能同步辐射光源沙盘

设施建成后,将以前所未有的综合能力、成像手段、研究范式,形成跨尺度、多模态、自动化和高通量的生物医学成像全功能研究平台,实现高端生物医学影像仪器装备的“中国创造”,成为生命医学领域世界一流的重大科技设施。

生命科学研究为什么要跨尺度?多模态跨尺度生物医学成像项目副总工程师、北京大学教授孙育杰介绍:“生命科学研究的对象小到分子活动,大到动植物的生长,时间和空间的尺度都不同。从纳米级到分米级,从毫秒级到月、年。跨尺度成像,就是把不同空间、时间尺度的研究对象能够融合成一个图像信息。”

孙育杰解释,比如我们要了解人脑的信息,人的大脑里有神经网络,有10亿多个神经元,神经突触就是千亿级的。要理解人的思考、意识,都要回到分子层面。“针对不同尺度,比如看神经元细胞的大分子,可以用显微镜。我要看到神经突触,可以用电镜技术,我们还用磁共振技术观察脑部的其他活动。从影像技术分析方面,我们利用强大的计算资源,最终实现模态融合。”

“通俗地说,就是画一个北京地图,这个地图既有整个城市的信息,又能不断放大,从北京找到颐和园路,找到北京大学。”孙育杰说。

除了这2个大科学装置外在怀柔科学城落地建设的其他科学装置目前的进展如何?据悉,空间环境地基综合监测网二期(子午工程二期)计划近期开工建设。

另外,2017年9月开工的综合极端条件实验装置和2018年开工的地球系统数值模拟装置取得重要进展。

其中,综合极端条件实验装置的主体结构、二次结构已经完工,土建工程已经完成85.5%;地球系统数值模拟装置的主体结构基本完工,土建工程完成55%。

怀柔为北京地区大科学装置最为密集的区域

2019年下半年怀柔科学城落地建设的大科学装置将达到5个,占在北京落地的19个大科学装置的26%

,是北京地区大科学装置最为密集的区域。

怀柔科学城的五大科学装置分别是综合极端条件实验装置、地球系统数值模拟装置、高能同步辐射光源、多模态跨尺度生物医学成像设施、空间环境地基综合监测网二期(子午工程二期)。

综合极端条件实验装置将“建设世界上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等综合极端条件为一体的用户装置”。项目建设总体设计方案和综合技术指标达到世界一流水平。装置建成后将会为我国在材料、能源、信息等领域关键科学问题的破解提供最先进的公共实验装置,极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。

地球系统数值模拟装置将建设以地球各主要圈层数值模拟系统为核心,软、硬件指标相适应,规模及综合技术水平与美国、日本和欧洲并列位于世界前列的模拟装置。探究各圈层及其相互作用对地球系统整体和我国区域环境的影响,融合模拟与观测数据提高预测的准确性,提高气候变化、大气污染等预测和预估水平, 为我国地球系统科学整体达到国际一流水平提供数值模拟平台,为我国防灾减灾、应对气候变化、大气环境治理等重大问题提供科学支撑。

高能同步辐射光源是国家重大科技基础设施建设“十三五”规划确定建设的重点内容之一,是基础科学和工程科学等领域原创性、突破性创新研究的重要支撑平台。设施建成后,将是中国拥有的第一台可产生硬X射线的高能量同步辐射光源。它将成为国际领先的多学科研究平台,可满足前沿科学和工程应用等领域的需求,同时提升我国科学、技术创新能力提供有力的支撑。

多模态跨尺度生物医学成像国家重大科技基础设施的建设,将提供从埃到米、从微秒到小时跨越十个空间与时间尺度研究生命科学问题的能力,精准描绘生命活动基本原理和疾病发病机制的全景图,为全面提升我国生命科学与医学药学研究水平,提供长久而可靠的战略支撑。设施面向各方面强烈的科研需求,优先服务于多项国家重大或重点研发计划,基金委重大研究计划,中科院先导专项和重大国际合作计划等。

空间环境地基综合监测网二期效果图

空间环境地基监测网(子午工程二期)是开展空间天气研究的重要设施。在子午工程现有监测链的基础上,主要建设由相控阵非相干散射雷达、高频相干散射雷达群、大口径激光雷达、大规模太阳射电阵等组成的先进探测系统,形成覆盖全国的“两横两纵”地基监测网,具备百公里级空间分辨、实时获取30余种空间环境要素的空间天气全过程探测能力。建成后,可成为国际上综合性最强、覆盖区域最广的地基空间环境监测网。

凭借这些大科学装置,怀柔科学城将形成定位清晰、高度密集、先进高端的设施平台集群,为原始创新提供坚实支撑。科研人员依托这些大科学装置,将不断取得一批世界领先的原创科研成果。提高我国在基础研究和前沿交叉领域的源头创新能力和科技综合实力!(怀柔科学城HSC微信公众号)

责任编辑:李政