6月29日，北京风和日丽。在美丽的雁栖湖附近，怀柔科学城两大科学装置——高能同步辐射光源（HEPS）和多模态跨尺度生物医学成像设施同日开建。一个是探测微观世界的“超级显微镜”，另一个是生命医学领域世界一流的重大科技设施。
不久前，美国能源部基础能源科学顾问委员研究报告《调控物质和能量：科学的五个挑战及展望》指出，“当前，人类已进入物质调控时代。通过更精细地认识物质（包括生命物质和非生命物质），在原子甚至电子水平调控物质，使其具有期望的功能和性能。先进光源在其中起着关键作用”。显然，为让人类游刃于物质调控时代，中国正锻造两把“利器”。
造把“放大镜”探清微观世界
精细到10纳米量级
“光越强，就越容易看得清楚。高能同步辐射光源的建筑外形犹如‘放大镜’，寓意为探测微观世界的利器，可达到10纳米量级空间分辨能力。”高能同步辐射光源项目副总经理、中科院高能物理研究所多学科中心主任董宇辉在接受科技日报记者采访时表示。 6park.com
高能同步辐射光源效果图。怀柔科学城提供 6park.com


“要看清楚粤港澳大桥上某个工件如何断裂，目前我们不能做到，而通过模拟南方高盐、高湿、高温环境下工件的状态，用先进光源观察它，可以看到其材料分子级的裂缝程度，从而我们可以在其变化过程中，在关键环节进行调控。”董宇辉表示，这种明察秋毫的本领适用于解决很多行业中的共性问题，可以广泛应用到先进材料、航空航天、能源、医药、化工、生物工程和微细加工等领域，提供突破瓶颈问题的关键手段，从而推动技术创新，提升企业核心竞争力，促进相关高科技产业发展。
高能同步辐射光源项目经理、中科院高能物理研究所副所长秦庆表示，“HEPS项目是在不断研发、攻克难题中推进建设的，主要包括加速器、光束线站及辅助设施等，预计2025年建成运行，新建建筑面积12.5万平方米。”
据秦庆介绍，HEPS主加速器的周长为1360.4米，电子束流能量为60亿电子伏特，设计亮度高于1×10^22 phs/s/mm^2/mrad^2/0.1%BW。主加速器采用7BA弯铁消色散的结构单元，可实现电子束流的水平自然发射度小于60皮米·弧度，这也是第四代衍射极限光源的主要特点。这个设施将建设不少于90条高性能光束线和实验站的能力，可提供能量高达30万电子伏特并具有高亮度、高相干性等特点的同步辐射光，以及具备纳米量级空间分辨、皮秒量级时间分辨、毫电子伏特量级能量分辨能力，将为国家发展战略和工业核心迫切需求的相关研究，提供开展多维度、实时、原位的表征的研究平台

据介绍，建成后的HEPS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。这将推动我国同步辐射光源领域研究达到世界前沿水准，全面提升我国在科技和产业领域的原始创新能力，也会成为我国重要的国际科技合作与基础科学研究平台。

“中国创造”生物医学全功能研究平台
将达世界一流水准
“我们知道，同一尺寸下，显示分辨率越大，图像越小，反之越大。而多模态跨尺度生物医学成像装置可以实现显示分辨率越大，图像越大的效果。而且还可以从不同时间和空间尺度上形成‘全景图’。”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告诉记者。 6park.com
多模态跨尺度生物医学成像设施效果图。 怀柔科学城提供 6park.com


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。

孙育杰进一步解释道，“生命科学研究的对象小到分子活动，大到动植物的生长，从纳米级到分米级，从毫秒级到月、年，这就需要更清晰的成像技术。如要了解人是如何思考的，就要对人脑研究，神经网络中有10亿多个神经元，神经突触达千亿级。针对不同尺度，用显微镜看神经元细胞的大分子，用电镜技术探看神经突触，用磁共振技术观察脑部的其他活动等，然后我们通过影像技术分析及大量计算，最终把不同空间、时间尺度的研究对象模态融合成完整的立体图像信息。”

“犹如谷歌地图一样，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，还可以记录变化过程中的细节。”孙育杰表示。

据介绍，多模态跨尺度生物医学成像设施建成后，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。
成为北京大科学装置最为密集区域
将开工40个重点项目

“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。” 怀柔科学城党工委委员、管委会副主任伍建民表示。 6park.com
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大科学装置，即国家重大科技基础设施，是指为提高探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，面向社会开放共享的大型复杂的科学研究装置或系统，是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础，是长期为高水平研究活动提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施。
据伍建民介绍，怀柔科学城是北京建设具有全球影响力的科技创新中心“三城一区”主平台之一，是国家批复的北京怀柔综合性国家科学中心的核心承载区，承载国家战略，肩负国家使命。今年下半年，怀柔科学城将密集开工40个重点项目，包括科学设施和研发平台项目14个、城市基础设施项目10个、公共服务配套设施项目16个，投资额预计198亿元。这些重点项目的密集开工，将全面拉开怀柔科学城“科学+城”的建设框架。 6park.com
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据了解，除两大科学装置外，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%。届时，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。 6park.com
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北京市怀柔区委党委、副区长于海波表示，怀柔科学城是科学+城，“城”就是创新环境、配套服务，是提高综合承载力和吸引力的基础性工作。怀柔科学城坚持把加快建设创新创业生态作为主攻方向，在住房、教育、医疗、公共文化和商业、以及交通、市政和生态建设等方面，将全方位为怀柔科学城的发展做好配套服务工作。位于科学城核心区的创新小镇，由创新中心、政务中心、众创街区、创新广场、创客公寓、科学公园六大功能区组成。目前已入驻中关村信息谷、国科大创新创业示范基地、海创产业技术研究院、优客工场等4家创新创业服务平台，聚集40家初创企业和成果转化团队。
据北京市密云区副区长、怀柔科学城管委会副主任方建卿介绍，2017年6月份，根据北京市委市政府指示精神，怀柔科学城空间规划面积扩大至100.9平方公里，其中将密云区32.5平方公里纳入其规划范围。目前，已经明确地球系统数值模拟装置落户密云，此外，还有一些今年科学城开工的大科学装置将落户密云。科学城的扩区为日后科学装置和交叉研究平台的发展提供更多用地，同时，怀柔、密云的联动也将为科学城的建设发展提供更广阔空间。
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