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冯超:剑指新一代加速器光源大科学装置——讲述中国科学院上海高等研究院“身边的科学家精神”
时间:2025-02-28 来源:
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冯超研究员,博士生导师。中国科学院上海高等研究院学术委员会委员、上海光源科学中心副主任、加速器物理与激光技术部副主任,自由电子激光物理组组长,上海软X射线自由电子激光装置运行总负责人。中国五四青年奖章(集体)、中国青年科技奖、国际自由电子激光青年科学家奖、中国科学院青年科学家奖、上海市自然科学一等奖获得者。

从空中俯瞰上海张江科学城,有一个外形酷似“鹦鹉螺”的巨型建筑坐落在张衡路上,它就是中国科学院上海高等研究院的上海光源科学中心,简称上海光源。上海光源,是基于先进加速器的光源大科学装置,能帮助科学家们在原子和分子的层次上去研究物质的内部结构,是名副其实的“国之重器”。

在这里,集聚了一批热血的科研青年,其中,以冯超研究员为代表的85后,深耕加速器光源物理研究,在全相干超快自由电子激光产生与诊断和储存环全相干光源研究方面取得了具有重要国际影响力的成果。

冯超曾说,“我的科研生涯一直与我国先进加速器光源的发展紧密联系在一起,可以说我是与我国先进加速器光源一起成长的。”

师从名家,开启“敢啃硬骨头”的科研之旅

冯超打小就对物理充满兴趣,2004年冯超考上清华大学工程物理系,师从加速器物理专家唐传祥教授,第一次接触到了加速器光源这一前沿研究方向。历经了好奇、熟悉到热爱的阶段,2008年冯超以优异的科研表现,被保送到中国科学院上海应用物理研究所攻读博士学位,师从加速器和同步辐射光源专家赵振堂院士,开展外种子型自由电子激光新运行机制的理论与实验研究。困难的事情总是要有人做,大家都不做,就没有突破,冯超决心以热爱作担当,开启了“敢啃硬骨头”的科研之旅。

博士学习期间,冯超严格要求自己,主动要求开展更有难度的课题,严谨对待从仪器操作、实验设计、测量和计算的实验全过程。不仅首先发现回声型自由电子激光对电子束能量啁啾无响应的新机制,还最早观察到回声型自由电子激光的出光放大,对全相干自由电子激光的发展和应用起了重要作用。

冯超的科研生涯是从我国第一台高增益自由电子激光装置——上海深紫外自由电子激光试验装置起步。这台装置是冯超所在的一个小团队在设备相对简陋的情况下,不断攻坚克难才运行起来的,并最终基于这个装置取得了国际上领先的研究成果。后来,这个充满朝气的团队获得了国家的大力支持,先后作为核心力量参与建成了大连相干光源、上海软X射线自由电子激光等大科学装置。

冯超在攻读博士期间的研究工作顺利入选中国科学院优秀博士论文和Springer Theses系列丛书。该丛书仅收录全球自然科学领域具有突出的科学成就及对其研究领域产生深远影响的论文,含金量极高。

集智攻关,做“大胆闯新路”的追光者

博士毕业后,冯超选择留在上海光源,继续投身于国际上最为先进光源的设计与制造,基于大科学装置开展国际领先的物理学研究。“我们每个人都是一个螺丝钉,发挥自身最大的作用,为上海科创中心的建设添砖加瓦,做新时代的追光者。”冯超说。

为了满足更高的应用需求, 2014年,上海光源开启了相干性更好、脉冲长度更短、峰值亮度更高的新一代光源——X射线自由电子激光装置的研制。相比第三代同步辐射光源,X射线自由电子激光装置可以将微观世界的快速变化过程拍摄成分子“电影”。

以自由电子激光装置为代表的新一代光源,是国际科技竞争最激烈的领域之一。杨振宁先生曾说“自由电子激光将给生物、化学等多学科带来革命性的进展,对21世纪的科学和工业的影响是无法估计的。”

作为运行总负责人,冯超发挥集智攻关、团结协作的协同精神,带领团队一起承担起了我国首台软X射线自由电子激光装置调试、运行和性能升级的重大科技任务。作为一个500多米的大块头,软线装置的调试极其复杂,涉及数千个参数,任何一个参数出现问题,都会对最终的实验结果产生影响。在调试初期,机器的状态白天差晚上好。于是团队提出“全天不停机,每天两班倒”的方案,充分利用凌晨0点至5点的黄金时段进行优化。每当调试进展不顺利时,冯超总会站出来给大家打气,努力“再试一次”。在上海高研院党委的号召下,团队中的党员组建了攻坚小组,提出了“党旗插在中控室”的口号,开启了“党员先上”的接力任务,最终解决了装置建设和运行中的核心技术难题,实现了上海软X射线自由电子激光装置的高效运行,标志着我国在X射线自由电子激光装置研制方面正式步入国际先进行列,为物理、化学、生命科学等诸多领域提供了革命性的研究工具,具有深远意义。

薪火相传,吹响“齐心挑大梁”的冲锋号

说起老一辈的加速器科学家,冯超略显感性。“他们经常语重心长地跟我们聊起年轻时,中国的科学研究大环境整体落后发达国家几十年,只能跟随国外的脚步,不断向人家学习,而今天中国的科研环境已经有了质的飞跃,不管是国家对科研的投入还是重视程度都达到了前所未有的水平,他们希望我们青年一代抓住历史机遇,实现从跟随国外到让国外跟随的转变。”

深受老一代科学家精神的影响,冯超长期深耕加速器光源物理与关键技术研究,参与到了中国四台高增益自由电子激光装置的设计和建设中,还在国际上首次提出回声谐波级联和基于角色散微聚束的储存环全相干光源等新物理机制,以及超快X射线产生和高精度诊断等关键技术。部分研究成果被我国光源大科学装置作为基本方案所采用,保障了这些大科学装置国际先进的性能,并为我国加速器光源未来发展提供了可行技术路线。

如今,冯超带领团队再次从0到1,敢于“担重任”、勇于“挑大梁”、积极“唱主角”,承担上海光源新一代光源预研、上海软X射线自由电子激光装置智能化升级、基于先进大科学装置的极快光脉冲产生等重大任务,向国际领先的新一代光源大科学装置发起冲锋,为构建具有全球影响力的光子科学设施集群和光子科学中心,推动我国的光子科学走向世界前列,实现跨越式发展,助力科学家们对微观世界开展前所未有的极致探索,向最前沿的科学研究强势进军。

“身处上海高研院,能够以加速器前沿研究为攻坚方向,第一时间见证和参与到大科学装置的建设当中,为满足国家重大战略需求、解决重大前沿科学问题和核心关键技术提供有力的科技支撑,我们何其有幸。心中有梦,则脚下有力。无数个为科研熬的夜,终会成就我们热爱的光!”冯超回望在上海高研院热血的七载科研岁月,对未来充满了无限憧憬和信心。