（一）我国建造高铁所面临的关键问题—合金凝固黑箱问题
铜合金作为集成电路引线框架以及高铁接触线不可或缺的重要材料，有耐蚀、导电、导热等性能。我国作为产铜大国，每年铜加工材料产量为1500万吨，约为全球总产量的40%，但技术上仍有难题亟需解决，制造高品质铜合金技术仍不成熟。京沪高铁时速超过350公里，是国家重要项目，在建造中面临巨大难题，在世界各国都无法购买到符合相关要求的新一代高强高导铜铬锆接触线。对此，自主生产和独立开发成为解决问题的唯一方法。铸造凝固过程中制造的组织缺陷和成分偏析是全世界铸造领域共同面临的巨大难题，铸造作为控制高性能铜合金质量的重要环节和制备过程中的必备环节，该领域的困难亟待攻克。解决这一困难的方法是使用电磁场调控合金凝固过程，但这一方法实施过程中仍然存在问题，调控动力学机理的理论并不明确，这一问题的关键就是黑箱问题，即合金凝固过程不透明（文闻等，2019）。
（二）研究团队为何选择光源的原因
金属的凝固和冶金过程包含着许多复杂的动力学现象，如晶粒的形核与生长、异质颗粒的迁移、气泡的产生与长大、缩松微孔的形成、多相界面形态的演变等，这些动力学现象不仅影响着冶金的进程，而且很大程度上决定了冶金的质量。因而，开展冶金过程动力学现象的可视化与模型化研究工作无论在学术上还是工程上均有着重要意义。金属冶金是个不透明的过程且伴随着高温，使得针对该过程的原位可视化工作变得异常困难。随着同步辐射成像技术的飞速发展，尤其是高能量、高穿透性、高准直性的第三代同步辐射光源的出现，使得冶金过程动力学现象原位可视化成为可能。
（三）研究团队与光源的合作模式
自上海光源2009年正式向用户开放以来，上海光源肖体乔科研团队和大连理工王同敏研究团队就展开共同合作，利用上海光源X射线成像及生物医学应用光束线站（SSRF-BL3W1），开展了金属合金晶体生长同步辐射原位成像系列实验，获得了合金凝固晶体形核、长大过程的重要动力学信息，尤其是利用上海光源强大的原位成像能力，获得了第一手直接的电磁场调控金属合金晶体生长动力学信息，对完善外物理场对机体生长的调控机制和合金晶体生长动力学模型做出了重要贡献（文闻等，2019）。王同敏科研团队进一步使用同步辐射类同轴成像技术，在上海同步辐射光源的支研究持下，研究探索脉冲电流、直流电流作用下Sn-Bi合金凝固过程枝晶形貌演变过程，表明了电流促进枝晶细化以及抑制枝晶分支机理，观察到电流导致枝晶尖端分裂现象并提出对相应现象的科学解释（王同敏等，2012）。这是全球第一次对电场调控下枝晶生长原位成像进行实验。此外，用同步辐射X射线原位成像对Al-Bi难混溶合金凝固过程富Bi液滴的生长、形核和聚合阶段进行研究记录。该实验不仅在理论研究上获得重大突破，还创造了凝固过程电磁调控系列专利技术，完成非真空下铜铬锆合金圆坯的高质高效制备，通过这种技术制造的接触线成品拥有目前世界范围内最优性能（文闻等，2019）。
（四）研究团队与光源的合作成果与效益(www.xing528.com)
围绕该研究，项目组两次获邀在主要的材料科学与工程国际会议上做大会报告，研究成果发表在Physical Review E和Material Research Innovation等国际期刊上，并申报国家发明专利1项。在2010年，京沪高铁入选为2010年度我国十大科技进展之一，其先导段时速创造了世界铁路运营试验中最高时速水平，时速高达486.1公里。以上研究项目在2014年被授予教育部技术发明一等奖，在2015年荣获国家技术发明二等奖（文闻等，2019）。
图16：教育部技术发明一等奖证书
图17：国家技术发明二等奖证书
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