【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驗研究裝置”終于進入正式運行階段。近日，這個由中科院大連化學(xué)物理研究所和上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合研制的項目一期通過專家驗收，標志著該裝置完成各項建設(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)基金委的立項資助，專項經(jīng)費1.033億元。這個花費上億元研制的高端先進儀器設(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識和改造我們生活的環(huán)境?？v觀人類文明史，最偉大的進步之一就是發(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黑暗的角落。
同樣的道理，“大連光源”也是一臺能夠自己發(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”。
極紫外光是整個光譜當中非常有用的一個波段，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)、材料等多個自然科學(xué)領(lǐng)域都具有革命性的推動作用。
說起“大連光源”的建設(shè)，最早要追溯到2011年。當時，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)團隊，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驗裝置的計劃。
2012年，該項目獲得國家自然科學(xué)基金委立項資助，2014年10月，“大連光源”實驗樓正式破土動工。2016年9月24日，在不到兩年的時間里，項目組完成了主要基建工程和主體光源裝置的研制，并實現(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)的新紀錄。
后又經(jīng)過兩個多月的調(diào)試，“大連光源”先后實現(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，成為我國第一臺大型自由電子激光科學(xué)研究用戶裝置，也是當今世界上唯一運行在極紫外波段的自由電子激光裝置。
按照“大連光源”項目團隊的說法，該設(shè)備可以工作在飛秒或皮秒脈沖模式，每一個激光脈沖可產(chǎn)生超過140萬億個光子，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)，標志著我國自由電子激光的相關(guān)技術(shù)已達到國際先進水平。
當然，目前建成的這一裝置只是“大連光源”的一期項目，之后，科學(xué)家希望能建成一個更為先進的二期項目。
與一期項目相比，二期項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間內(nèi)發(fā)出的脈沖的數(shù)量——這個數(shù)量越高，就意味著科學(xué)家在同樣時間內(nèi)獲得的實驗數(shù)據(jù)就會越多，當然，實驗效率就會越高。
例如，探測一個化學(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”。未來的“大連光源”二期項目，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步。
來源：中國青年報
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