中青报·中青网记者 贾子凡

当人们感叹中国高铁的速度时，也难免提出疑问：承受巨大压力的车轮会不会有“内伤”？位于北京怀柔科学城的国家重大科技基础设施高能同步辐射光源（HEPS）或许可以给出答案，这个装置发出的比太阳光更亮的高能X光正被尝试用于高铁车轮的检测。

在“活力中国调研行”主题采访中，记者走进HEPS园区见识了这个大装置。装置主体是一个周长超过1.3公里的巨大圆环状建筑，电子在加速器里接近光速飞驰，每经过一块弯转磁铁或插入件时就拐弯，并“甩”出一束极其明亮、通量极高的X光。从空中俯瞰，这座建筑和旁边的综合实验楼、用户服务楼共同构成一个放大镜的造型。“寓意着这台装置是一个观察微观世界的放大镜。”中国科学院高能物理研究所副所长、HEPS常务副总指挥董宇辉说。

HEPS园区航拍图。中国科学院高能物理研究所供图

这束光照进现实的实例，正在其中工程材料线站的实验棚屋里上演。

棚屋里的主角是重达300多公斤、直径近1米的高铁车轮。它来自正在服役的动车组，并已在铁轨上奔跑80多万公里。科研人员用HEPS这台“巨型X光机”扫描车轮，“透视”其内部的残余应力。所谓残余应力，就是消除外力或不均匀的温度场等作用后，仍留在物体内的自相平衡的内应力。像车窗玻璃被击碎时不会破成大洞，而是瞬间呈现蛛网状纹路，正是这股预先“锁”在里面的力瞬间释放、把玻璃自己“撕”碎的结果。

传统的方法是把车轮切开才能测量残余应力。数据有了，车轮也被破坏了，无法再装车运行，后续的应力演化研究也就无从推进。

如今，HEPS提供了全新解法。分别在车轮平放和立起两种放置姿态下，让高能X光穿过车轮踏面，也就是车轮与铁轨接触的那一圈关键部位，通过复杂的衍射方法，给车轮做“无创扫描”。中国科学院高能物理研究所特聘青年研究员、HEPS线站科学家张星星介绍，这项实验在国内首次实现了高铁车轮服役前后踏面轮轨接触区残余应力的无损、精确和快速表征。“如果没有这样一个世界领先水平的研究装置和平台，我们有再好的想法也很难实现。”

高铁车轮实验。中国科学院高能物理研究所供图

杨丽霞介绍实验方法和高铁车轮结构。中青报·中青网记者 贾子凡/摄

中国钢研科技集团王海舟院士团队成员杨丽霞介绍，今年6月初的实验中，短短几天就采集了800个车轮踏面点位的残余应力数据，每个点的采集时间仅需10秒。之所以这么快，是因为HEPS发出的X光能量极高、穿透力更强，光通量也远超普通实验室光源，测量的深度和效率都大幅提升。

为什么要费大力气去测一种看不见的力？杨丽霞解释，对于高铁车轮，这股力出厂时就有，还会随着不同工况及载荷的变化而变化，直接影响车轮损伤及使用寿命，更关乎行车安全。

更关键的是，我国高铁以前用的都是进口车轮。如今不仅装上了国产车轮，还要把它送上时速400公里的新跑道。高铁跑得越快，车轮受力越复杂，摸清残余应力这股内部力量的演化规律，就成了从制造工艺到运维定寿都必须啃下的硬骨头。把它测准了，才能把数据输入车轮寿命预测模型，让模型更聪明准确，也更好指导车轮的长寿命设计和安全维护。

给车轮“做体检”的HEPS，去年12月初刚刚启动试运行，4个多月就支撑完成了100余个用户单位的290多个试用课题。在现场，有的团队在做脑神经成像，有的在研究新型电池材料，有的在检测航空叶片……HEPS已不只是一个大科学装置，而更像是一个创新引擎，用无可替代的实验条件，源源不断地吸引顶尖人才和产业难题前来碰撞。

这只是北京怀柔科学城宏大布局的一角。从获批建设至今，这里已密集布局37个科学设施平台，包括6个大科学装置、17个科教基础设施、14个交叉研究平台。据统计，这些设施平台已累计向全球开放共享177万个小时，不仅服务科研，更助推高端科学仪器国产化，让原子力显微镜等设备实现了从依赖进口到应用于大装置的跨越。

中国青年报客户端 北京6月14日电

责任编辑：刘世昕 张艺 陈戈辉