【行業(yè)新聞】億元自主研發(fā)光譜_“大連光源”給分子原子“拍電影”
作為我國最新一代光源“極紫外自由電子激光裝置”，“大連光源”即“基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實(shí)驗(yàn)研究裝置”終于進(jìn)入正式運(yùn)行階段。近日，這個(gè)由中科院大連化學(xué)物理研究所和上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合研制的項(xiàng)目一期通過專家驗(yàn)收，標(biāo)志著該裝置完成各項(xiàng)建設(shè)任務(wù)。
據(jù)公開資料顯示，“大連光源”于2012年獲得國家自然科學(xué)基金委的立項(xiàng)資助，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)1.033億元。這個(gè)花費(fèi)上億元研制的高端先進(jìn)儀器設(shè)備，究竟可以用來做什么，成為備受矚目的問題。
“光源”，顧名思義，就是自己能夠發(fā)光的物體，其最大用處就是照亮周圍的世界，幫助人類更好地去認(rèn)識(shí)和改造我們生活的環(huán)境?？v觀人類文明史，最偉大的進(jìn)步之一就是發(fā)明了電燈，從某種意義上說有了電燈，人類就可以照亮世界上任何一個(gè)黑暗的角落。
同樣的道理，“大連光源”也是一臺(tái)能夠自己發(fā)出光線，從而幫助人類探索未知世界的科學(xué)儀器。只不過，“大連光源”發(fā)出的光線不是我們熟知的可見光，而是極紫外光，亮度極高的極紫外激光光束——這種光束是以自由電子作為工作介質(zhì)產(chǎn)生的，因此又被稱為“極紫外自由電子激光”。
極紫外光是整個(gè)光譜當(dāng)中非常有用的一個(gè)波段，可以探測物質(zhì)的分子、原子和外殼層電子結(jié)構(gòu)最重要的區(qū)域。換句話說，“大連光源”發(fā)出的極紫外光束可以捕捉到分子、原子在化學(xué)反應(yīng)中的動(dòng)態(tài)影像，能夠用來給分子、原子“拍電影”，這在以往是難以想象的。
分子、原子是構(gòu)成物質(zhì)的最基礎(chǔ)的微觀粒子，物質(zhì)的一切外在性質(zhì)和狀態(tài)都由其分子、原子的結(jié)構(gòu)所決定。因此，探索分子、原子的結(jié)構(gòu)對于研究物質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生命基本性質(zhì)、材料性質(zhì)和功能等具有本質(zhì)上的提升作用。
從這個(gè)意義上說，“大連光源”對于能源、化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)、材料等多個(gè)自然科學(xué)領(lǐng)域都具有革命性的推動(dòng)作用。
說起“大連光源”的建設(shè)，最早要追溯到2011年。當(dāng)時(shí)，由楊學(xué)明、趙振堂、王東領(lǐng)導(dǎo)的大連化物所和上海應(yīng)物所聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，提出了在我國率先建設(shè)基于國際上新一代極紫外高增益自由電子激光的綜合實(shí)驗(yàn)裝置的計(jì)劃。
2012年，該項(xiàng)目獲得國家自然科學(xué)基金委立項(xiàng)資助，2014年10月，“大連光源”實(shí)驗(yàn)樓正式破土動(dòng)工。2016年9月24日，在不到兩年的時(shí)間里，項(xiàng)目組完成了主要基建工程和主體光源裝置的研制，并實(shí)現(xiàn)了光源裝置的首次出光，創(chuàng)造了同類大型科學(xué)裝置建設(shè)的新紀(jì)錄。
后又經(jīng)過兩個(gè)多月的調(diào)試，“大連光源”先后實(shí)現(xiàn)了自發(fā)輻射自放大模式和高增益諧波放大模式飽和出光，成為我國第一臺(tái)大型自由電子激光科學(xué)研究用戶裝置，也是當(dāng)今世界上唯一運(yùn)行在極紫外波段的自由電子激光裝置。
按照“大連光源”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的說法，該設(shè)備可以工作在飛秒或皮秒脈沖模式，每一個(gè)激光脈沖可產(chǎn)生超過140萬億個(gè)光子，單脈沖亮度是世界上所有極紫外光源中最亮的，波長可在整個(gè)極紫外區(qū)域連續(xù)可調(diào)，具有完全的相干特性。更難能可貴的是，這一裝置90%的儀器設(shè)備是由我國自主研發(fā)，標(biāo)志著我國自由電子激光的相關(guān)技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。
當(dāng)然，目前建成的這一裝置只是“大連光源”的一期項(xiàng)目，之后，科學(xué)家希望能建成一個(gè)更為先進(jìn)的二期項(xiàng)目。
與一期項(xiàng)目相比，二期項(xiàng)目最大的不同就在于重復(fù)頻率的提高。重復(fù)頻率指的是光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的脈沖的數(shù)量——這個(gè)數(shù)量越高，就意味著科學(xué)家在同樣時(shí)間內(nèi)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就會(huì)越多，當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)效率就會(huì)越高。
例如，探測一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程，如果每秒鐘只能拍到10張照片，獲得的影像就顯得卡頓；但如果每秒鐘能拍到上萬張照片，獲得的就是超高清晰的動(dòng)態(tài)影像。
也因此，《自然》雜志又把高重復(fù)頻率的自由電子激光稱為科學(xué)家的“高速攝像機(jī)”。未來的“大連光源”二期項(xiàng)目，重復(fù)頻率將從現(xiàn)在的50赫茲提高到100萬赫茲，這有望成為人類科技發(fā)展歷程中又一次里程碑式的進(jìn)步。
來源：中國青年報(bào)
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