两个不同大装置的用户，为什么都聚到了兰州？

8月8日，兰州大学的礼堂里，500多位来自全国各地的科学家聚集在一起。他们很多人互不相识，甚至不能算作“同行”，有些人做材料研究，有些人做生命科学研究，有些人做能源催化研究，还有些人做工程技术研究。

把他们聚到一起的，是两个大科学装置——中国科学技术大学国家同步辐射实验室的合肥光源和中国科学院高能物理研究所的中国散裂中子源。

通常，每个大科学装置都要定期召开用户开会，促进装置用户之间的交流，了解用户需求，促进装置更好地服务于科学研究。这次，运行于合肥和东莞的两个不同大科学装置，把各自的用户都召集到了兰州，一起开会。

“这是国内首次，两个不同类型的装置召开联合用户会。”中国科学院高能物理研究所副所长、中国散裂中子源二期工程总指挥王生告诉《中国科学报》，“让不同大科学装置的用户坐在一起，开展跨平台、跨领域的沟通交流，是非常有意义的一件事，将有助于凝聚优势力量，更充分地发挥国家重大科技基础设施作用。”

往返于光源与中子源之间

8月7日，上海交通大学物理与天文学院教授马杰从上海抵达兰州，参加这次名为“合肥光源&中国散裂中子源2024年联合用户学术年会”的会议。这是他第一次参加这种类型的用户会议，而他将在会上分享他在研究过程中同时使用两个装置的经验。

马杰的研究方向是凝聚态物理。他不仅自己合成样品，还有很多化学、材料科学领域的合作者。这些合作者有时会把量子材料的样品送到他的实验室，希望他能从物理学角度，找出进一步提升材料导电和绝热性能的“秘诀”。

去年，马杰收到了合作者送来的一份有机磁性大分子样品。他首先想到，“要了解样品的磁性结构，中子衍射是最好的工具”。在中国散裂中子源上清楚测试了材料的磁性结构之后，马杰和理论合作者发现，这个有机材料的结构很复杂，需要清楚了解晶体结构后才能更明确地从实验、理论角度共同了解材料的磁性。

然而，探测有机材料的结构，并非中子衍射的强项。“我们的有机样品重含有很多对中子的吸收能力比较强的元素，如果用中子源来测量晶体结构的话，有可能耗时长且效果不好。”马杰说。

常驻上海的他，想到了上海光源。他紧急向上海光源递交了实验申请。由于实验相对简单，所需时间也不长，他很快获得了机时并完成实验。如今，他们已经开始着手撰写论文。

在会上，马杰发现，在中国散裂中子源的用户中，像他这样往返于同步辐射光源和中子源之间的研究人员不在少数。

王生介绍，中国散裂中子源的用户中，95%以上同时是同步辐射光源的用户。

合肥光源用户专家委员会主任丁洪院士也告诉《中国科学报》，目前，国内对同步辐射光源用户的需求大，其中就包括中国散裂中子源的用户。

“左膀”与“右臂”

同步辐射光源和散裂中子源，都被称为“超级显微镜”。

同步辐射光源的工作原理类似于人们去医院拍X光片，用X射线探测物质内部结构；散裂中子源则是用中子作为微观世界的“探针”。

王生介绍，两类装置就像物质结构研究的“左膀”与“右臂”，各具特色，又互相补充，可实现物质表面到深层、轻重元素、电子与磁结构等多尺度多维度研究。

“同步辐射光源是让X射线与核外电子相互作用，散裂中子源主要是让中子与原子核相互作用，两者结合在一起，可以获得物质材料的更完整结构信息。”王生说。

记者了解到，合肥光源是我国首台专用同步辐射光源，自1984年历经了一期、二期工程建设。除了合肥光源外，国内现有同步辐射光源还有北京同步辐射装置和上海光源，其中，合肥光源的线站接待能力已饱和，正在计划开展进行第三轮升级；上海光源线站工程也正在升级过程中。此外，合肥先进光源、位于北京怀柔的高能同步辐射光源也正在建设之中。

中国散裂中子源是我国首台脉冲型散裂中子源，建成于2018年。王生介绍，中国散裂中子源的装置运行和开放效率正在不断提高，2023年至2024年度，装置完成实验课题数持续增长，总数近500项，运行开放时间和运行效率在国际同类装置中也是最高的。

“在关键技术和实验方法、装置建设和维护、开放运行和用户支持等方面，两类装置也有许多共通之处，也正因如此，它们拥有众多共同的用户群体。”在王生看来，“这次合肥光源和中国散裂中子源联合召开用户学术年会，是一个好的开端。”

跨装置做实验，壁垒能否突破

对于很多想同时用两个装置做实验的科学家来说，有渠道，但耗时耗力。

丁洪介绍，目前国内同步辐射光源装置的申请通过率大约在60%左右，同时也都预留了加急机时。但与国际类似，我国同步辐射光源因为机时已经饱和，用户从申请机时到最后能够开展实验，需要半年或更长时间。

耗时耗力的问题有时会“劝退”一些研究人员。曾在国外工作过的马杰就遇到过类似情况。当时，他工作的地方是美国橡树岭国家实验室中子散射中心。有几次，他要测样品结构，如果用中子源需要测3个小时，而如果用同步辐射光源只需要1个小时。然而，一想到要重新再写一份实验申请，要开好几小时的车才能抵达位于伊利诺伊州的阿贡国家实验室，要再接受培训并熟悉不同的软件，他就会选择放弃，宁可用更长的时间在中子源上完成实验。

“美国阿贡国家实验室和橡树岭国家实验室联合成立了暑期学校，但主要是针对学生，而他们的用户大多数是正式的科研人员，用户当然更希望两个装置的合作可以有更深层次的联动。”马杰说。

“用户申请机时的问题还没有真正解决。”王生也发现，“各个装置都有自己的机时安排，而且也不是所有用户都能申请到机时，这会显著影响到研究工作的效率。”

他表示，目前有不少中国散裂中子源的用户，呼吁在中子源附近建设一台先进光源，让两个装置实现共同的开放运行，以解决用户对装置联动方面的需求。

“在南方新建一个光源的想法几年前就已经提出来了，目前我国几大综合性国家科学中心，只有南方的粤港澳大湾区缺少一个同步辐射光源装置。如果这个光源能够建在中国散裂中子源附近，对于用户来说会更加方便。”丁洪说。

据悉，目前，英国哈维尔科学园区聚集了英国散裂中子源和英国钻石光源；欧洲也正在位于瑞典隆德的MAX IV同步辐射光源旁边建设欧洲散裂中子源。

“我们希望尽快向国家申请建设一台世界先进的同步辐射光源装置，加快形成多种研究手段互补的大科学装置集群，充分发挥中子散射技术与同步辐射技术的协同互补性，同时，通过优化运行管理机制，使用户同时申请光源和中子源的机时成为可能，极大提高研究效率。”王生说。

马杰等装置用户则梦想着一种更简约的联动方式：“在提交散裂中子源机时申请书时，会有一个选项问我们‘这项研究是否会用到同步辐射装置’，如果要用的话，‘用哪条线站’，如果申请通过就直接可以协调相应的机时。”

“那将会是一种效率更高的实质性联动。”马杰满怀期待。