上海光源邰仁忠研究员：追光27年，造光照亮微观世界

2012年，转录激活样效应蛋白特异性识别DNA的结构机理研究被《科学》杂志评选为2012年“十大科学突破”之一，该研究会极大地促进其在生命科学领域的应用。

2014年，清华大学结构生物学家颜宁成功破解了生命科学领域最热门又难解的“蛋白质之谜”——人源葡萄糖转运蛋白GLUT1的结构及工作机理，震动世界结构生物学界。

2016年，由我国科学家首先提出的“单原子催化”，入选了美国化学会化学工程新闻评选出的2016年度化学化工领域“十大科研成果”。

2019年，第一款由中国企业自主研发的抗癌新药泽布替尼，在美获批上市。

2020年，纳米限域催化获国家自然科学一等奖。

2022年，二氧化碳“变”葡萄糖和脂肪酸入选国内十大科技新闻。

在这些轰动全球的研究成果背后，都出现过同一个名字——上海同步辐射光源。

外形如鹦鹉螺的上海光源（SSRF）

2023年9月，上海光源二期线站工程全面建成，2023年单年度的用户已超过1.4万次。工艺验收专家组认为，上海光源的综合能力实现了跨越式提升，整体性能位于国际上第三代光源的前列水平。

值此之际，新材料在线®对中国科学院上海高等研究院副院长、上海光源科学中心常务副主任邰仁忠进行了深度访谈。听他讲述自己二十余年的“追光”和“造光”之路。

01

“我回国就是为了做上海光源”

在肉眼看不见的微观世界，同步辐射装置是不可替代的尖端仪器装备。而上海光源就像一台多用户的超级显微镜，成为照亮微观世界的“神奇之光”。通过该装置，研究人员可以仔细观察并捕捉到原子分子层次的结构及运动轨迹。

进入21世纪后，物理学界的三项重大突破即中微子振荡、希格斯玻色子和引力波，都是通过大科学设施发现的。大科学设施提供了极限研究手段，是一个国家创新体系的重要组成部分。

据邰仁忠介绍，上世纪末，欧美日本等发达国家的第三代同步辐射光源已进入使用阶段，而当时的中国仍在使用二代光源，这种隔代差距对科研工作者而言，几乎可以算作相差一个银河系的距离。

其实，早在1993年12月，丁大钊、方守贤、冼鼎昌三位中国科学院院士就曾建议“在我国建设一台第三代同步辐射光源”。但受制于各方面原因，该项目一直推进缓慢。

1995年，中国科学院和上海市商定，共同向国家建议建设第三代同步辐射光源。其后，经过装置可行性研究及预制研究等阶段，在2004年1月，国务院批准通过了上海光源工程项目建议书。2004年7月28日，中国科学院和上海市人民政府联合发文，成立了上海光源工程领导小组、工程指挥部、工程经理部和工程科技委员会，并于2004年12月25日正式开工建设。

正是在这一年，邰仁忠从日本回到国内，全力参与到上海光源的建设中。

提及这段历史，邰仁忠满怀激动，从一片农田上建设完成一代国之利器，十余年的“造光”时光好像白驹过隙，但回想起当初白手起家的窘境，又似乎历历在目。

物理专业出身的邰仁忠，在中船总公司天津707所当了3年工程师后，还是想回归物理行业。机缘巧合之下，于1996年前往日本研读同步辐射博士学位，3年后，博士毕业的邰仁忠本想回国报效祖国，却发现回来后没有用武之地，只得回到日本继续研读博士后。

2003年的一天，一位教授找到邰仁忠，转告了一个让他兴奋无比的消息——上海光源要开建了！原来，时任中国科学院上海应用物理研究所所长的徐洪杰正在全球寻找相关人才，筹备上海光源建设。

听到这个消息后，即将博士后出站的邰仁忠放弃了手上多个工作机会，当即下定决心回国。

“在国内，当时真正拿到同步辐射科学博士学位的估计只有我，中国科技、经济刚好也处于大发展时期，感觉自己学的东西终于有了用武之地了。”2004年4月6号，邰仁忠怀着激动的心情正式加入上海光源（当时属于中国科学院上海应用物理研究所）。

但兴奋感还没过几天，邰仁忠就被浇了一头冷水。

“当时回来看了一下国内的相关设施，一进去就看见到处锈迹斑斑的，有点大跌眼镜。”看到这大相径庭的实验室和设备，邰仁忠心里不禁有个疑问“咱们国家能造成这个东西吗？”

抱着“我回国就是为了做上海光源”的信念和赌注，邰仁忠赶紧调整思路，兵来将挡水来土掩。

02

背水一战 打造“国之利器”

“这是中国真正意义上的第一个受益群体广泛的大科学装置，当时的投资规模也是最大的，国家批准了12个亿。”2004年，邰仁忠已经36岁了，想到自己如果做不出来成绩，不但自己海外求学8年的专业要荒废了，赌上的一辈子也不乐观。

带着破釜沉舟的决心，邰仁忠一边整理国内光源的历史基础资料，一边向国际同行虚心求教。在多方走访后，邰仁忠的信心再次被建立起来。

“当时走访了很多单位，比方说超高真空设备、精密机械、真空焊接等等，这些都是一个国家最基础的工业竞争力，我们发现实际上他们不是没有提升基础工艺的能力，而是缺少需求牵引。”这个发现让邰仁忠大为惊喜，原来在锈迹斑斑的表象之下，中国建设第三代同步辐射光源所需要的材料和工艺，国内基本是满足的。

但进入到加速器装置建设时，又遇到新的难题。

在硕大的圆形装置中，全能量注入器提供电子束并使其加速到所需能量，无数电子束以接近光的速度在闭合环形的真空电子储存环中运行，并在拐弯时放出同步辐射光。电子储存环是同步辐射光源的主体与核心，它的性能直接决定了同步辐射光源性能的优劣。为了保证向用户提供高度稳定的同步辐射光，稳定性需要被控制在微米量级。

“这就对地基稳定性提出了高要求。”然而，上海是由泥沙堆积而成的软土。如何在这种软土地基上做这么稳定、稳固的精密大型科学仪器，这就是一个难点了。

“在大量的预演测算以及相关协作方的共同努力下，团队最终想出了一个完美的解决方案，在周长六七百米的一个圆周里，我们打下1000多根直径接近1米的桩，打到地下50米。”回想起当年建设上海光源的往事，邰仁忠仿佛在讲述一部闯关史，“还有一个就是我和工程团队紧密配合联合攻关的案例，通过不断更改物理设计，依靠国内的工艺条件，最终在国内制备出首台高分辨软X射线单色器，达到国际先进水平”。

在建设大型科学装置的过程中，本来就是一件充满挑战的事，何况中国是跨代建设。甚至就在这个项目正式开放前，国内外的质疑声也从未间断。

“首先，上海光源能否长期稳定可靠运行，运行性能又处于怎样的水平；其次，它是否有足够的用户，用户分布是否合理；再有就是，它可否产出足够多的成果，成果的水平和影响力如何？”

邰仁忠回忆起立项前的一个有趣细节：当时需要汇报预计用户数，领导们评估了当时的中国科技界人员规模，给了个乐观估计的数据——“300”。

2009年4月29日，上海光源正式竣工。建成使用的上海光源包括一台150MeV电子直线加速器、一台全能量增强器，一台3.5GeV电子储存环和首批开放的7条光束线和实验站。

基于这些设备，上海光源成为一家“光子工厂”，化身一台“超级显微镜”。

这一天，上海张江热闹非凡，国内外多个领域的科学家、顶级期刊纷纷前来祝贺。Nature期刊的编辑在现场采访时，由衷感慨到“中国因为有了上海光源，终于加入世界级的同步辐射光源俱乐部”。此时此刻的邰仁忠，内心是无比自豪的！

同年5月6日，上海光源正式对用户开放，第一批用户便迎来了中国科学院长春应用化学所、上海交通大学等单位20余位；半年后，上海光源就迎来了第1000位用户。说到这里，邰仁忠想起此前预测的“300”便忍俊不禁。

03

“造光”照亮微观世界助力中国原始创新

随着使用用户的攀升，上海光源项目诞生的世界顶级科研成果呈“井喷之势”。

据邰仁忠介绍，借助上海光源，中国科学院院士包信和团队探索出天然气直接转化利用的有效方法；中国科学院物理研究所丁洪研究员发现隐藏了80余年的“幽灵粒子”外尔费米子……高福院士、施一公院士、张涛院士等无数科学家都曾在上海光源这一平台上取得了突破性进展。

而近两年的明星新材料——钙钛矿，也与上海光源有着不解之缘。

苏州大学王照奎教授的课题组是上海光源的“常客”，差不多每个月都要来一次上海光源。这位“高被引”科学家，近日入选斯坦福大学发布的2023“全球前2%顶尖科学家榜单”，他被引用最多的一篇论文研究的是目前国际前沿之一的钙钛矿光伏材料与器件。

十余年里，上海光源面向世界科技前沿、国民经济主战场、国家重大需求和人民生命健康，支撑着我国科学家在诸多学科领域创新突破，带动了结构生物学、材料科学等学科领域的快速发展。

据统计，上海光源是我国目前用户数量和成果产出领先的大科学装置，已为近700家科研单位和企业的4万名科学家和技术人员提供服务，与欧美同类光源相当。

邰仁忠对新材料在线^®表示，2009年竣工的一期工程，只是解决了我国第三代同步光源有无问题，当时的重点是完成加速器建设，距离“国之利器”还相距甚远。

一期完成交付后，邰仁忠便和同事们一道着手进行二期建设规划，并在建设阶段直接负责。

“二期的难度大大提升，一期的主要目标是先把光产生了，二期我必须要考虑很多方面，怎么把上海光源的能力推到国际前列？怎么保持上海光源充分的竞争力？怎么吸引用户？”综合多方面考虑，最终决定遵循两个方向：一是满足国家战略需求，二是瞄准重大前沿突破。

据邰仁忠介绍，从2016年启动建设的上海光源二期线站工程，采取“建好一批开放一批”的模式，试运行期间已安排199家单位的1152项实验课题，用户发表高水平科学论文368篇；为国内23家科技领军企业开展技术攻关，提供定制化技术解决方案。

至今，上海光源为3748个研究组提供了实验服务，其中长三角用户占比44%。

经过二期线站工程建设，上海光源目前已有34条光束线、46个实验站服务用户，具备先进的综合实验能力与用户支撑能力。

据统计，上海光源每年开机约7000小时，其中实验供光约为5500小时，用户已发表期刊论文约10000篇，其中《科学》《自然》《细胞》三种国际顶级刊物的论文170余篇。

上海光源支撑用户在前沿研究领域产生了一批有世界影响力的重大成果，其中一项成果被美国《科学》“十大科学突破”引用；一项成果入选欧洲《物理世界》十大突破；一项成果入选美国物理学会标志性进展；一项成果入选美国《物理评论》125周年49篇精选论文；六项成果入选中国科学十大进展；9项成果入选中国科学十大进展。

上海光源不仅支撑产出了大批学科前沿研究成果，在国家战略需求与重大应用方面也发挥了越来越显著的作用。

据悉，目前已有60家企业利用上海光源进行技术开发，涉及行业包括制药、能源、日化、技术鉴定等，取得了良好的效果和效益。多家公司把利用上海光源平台开展研发，作为公司发展战略的一部分。

世界十大制药公司中，诺华、罗氏、葛兰素史克、辉瑞等均利用上海光源获得的大量结构数据进行了新药研发，聚集在上海张江地区的生物医药公司大多已成为上海光源的用户，借助上海光源开展新药研究，已有多个新药进入了临床试验阶段，初步形成了制药企业科技服务产业集群。

回首二十余年的“追光”“造光”之路，邰仁忠感慨万千：中国科学家到国外同步辐射装置上借“光”参与最前沿的科技竞争的画面，终于成为了历史。家门口的大科学装置，不仅与国际装置水平对齐，更重要的是为科研人员和生产企业赢得了宝贵时间。

人物介绍：

邰仁忠，1967年8月出生，研究生学历，理学博士，无党派人士，研究员，博士生导师。

1985年9月至1992年7月就读于南开大学，获理学学士、理学硕士学位，1999年3月毕业于日本国立综合研究大学院大学同步辐射科学专业，获理学博士学位。曾任东京学芸大学博士后，日本原子能研究所光量子科学研究中心博士后，中国科学院上海应用物理研究所研究员、副所长。现任上海光源中心副主任，2018年10月起任中国科学院上海高等研究院副院长。

长期从事同步辐射技术及应用研究。自主研制成功我国第一台碳吸收边处能量分辨率超过一万的变包含角平面光栅单色器，主持研制成功世界最好能量分辨率的“梦之线”光束线，研制成功同时具有高空间分辨能力和高能量分辨能力的软X射线谱学显微光束线和实验站，提出能量相比元素衬度分析方法并成功应用到二维纳米材料的环境催化研究，提出相干X 射线散斑谱技术研究铁电材料相变过程、从纳米团簇层面理解材料高性能本质的新思路。主要研究方向为X射线相干性在纳米显微、纳米加工、以及纳米团簇结构动力学表征等领域的方法学研究及应用研究。