“中(zhong)国(guo)第一(yi)，世界最亮”：我(wo)国(guo)成功(gong)研制世(shi)界(jie)上(shang)
2023-11-03
1月15日(ri)，由(you)中科院大连化(hua)学物理(li)研究(jiu)所和上海应(ying)用(yong)物(wu)理研究所(suo)联(lian)合研(yan)制(zhi)的(de)极紫(zi)外自由(you)电(dian)子激光(guang)装(zhuang)置——大连(lian)光源(yuan)，在(zai)经(jing)过3个多月的调(diao)试(shi)后，这(zhe)个总(zong)长(zhang)100米(mi)的大装置发(fa)出了世(shi)界(jie)上最(zui)强的(de)极(ji)紫(zi)外(wai)自(zi)由(you)电子(zi)激光脉(mai)冲，单(dan)个(ge)皮秒(miao)激光脉冲产生(sheng)140万(wan)亿个(ge)光(guang)子(zi)，成(cheng)为世界(jie)上最(zui)亮(liang)且(qie)波长(zhang)完全(quan)可调的极紫外(wai)自(zi)由电子(zi)激光(guang)光(guang)源(yuan)。
大(da)连(lian)光(guang)源
中(zhong)科(ke)院(yuan)副院(yuan)长王恩哥(ge)评(ping)价称(cheng)：“大(da)连光(guang)源是(shi)中(zhong)科院乃至(zhi)我国的又(you)一(yi)项(xiang)具有(you)极高显示(shi)度的重(zhong)大(da)科(ke)技成(cheng)果(guo)。装(zhuang)置中90%的仪器(qi)设备(bei)均由(you)我(wo)国自主(zhu)研发，标志着我(wo)国(guo)在(zai)这(zhe)一(yi)领域占(zhan)据了世界(jie)领(ling)先地(di)位(wei)，为(wei)我(wo)国(guo)未来(lai)发展(zhan)更(geng)新(xin)一代(dai)的(de)高(gao)重复频(pin)率(lv)极紫(zi)外(wai)自由电(dian)子激(ji)光(guang)打(da)下了坚实的基(ji)础(chu)。”
1月(yue)13日(ri)，中(zhong)科(ke)院(yuan)大(da)连化(hua)学(xue)物理(li)研究(jiu)所科研人员在(zai)调试“大连(lian)光源(yuan)”仪器设(she)备(bei)。
给分(fen)子“拍个(ge)电(dian)影(ying)”
自由电(dian)子激光(guang)是(shi)国(guo)际上最先进(jin)的新一(yi)代(dai)先(xian)进(jin)光(guang)源(yuan)，也(ye)是当(dang)今世(shi)界先(xian)进国家(jia)竞(jing)相发(fa)展(zhan)的(de)重要方(fang)向(xiang)，在(zai)科(ke)学(xue)研(yan)究、先进(jin)技术(shu)、国防(fang)科技发展中有(you)着重(zhong)要的(de)应用前(qian)景。先(xian)进自由(you)电子激光的发(fa)展(zhan)在(zai)前(qian)沿科学(xue)研究(jiu)中发(fa)挥(hui)着(zhe)越(yue)来(lai)越(yue)重要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)，特别(bie)是近十(shi)年(nian)来，自(zi)由(you)电子(zi)激光(guang)技(ji)术(shu)的发展和突破为(wei)探(tan)索未知物质世界(jie)、发(fa)现(xian)新(xin)科学规律、实(shi)现技(ji)术(shu)变革提供了前所(suo)未有(you)的(de)研究(jiu)工具(ju)。
“自(zi)由电(dian)子(zi)激光(guang)能(neng)够给(gei)分(fen)子(zi)‘拍电(dian)影(ying)’，比如(ru)记(ji)录化学键(jian)断裂(lie)的(de)动态过程(cheng)，具(ju)有非常(chang)诱(you)人(ren)的应用(yong)前(qian)景(jing)。”中(zhong)科(ke)院上(shang)海(hai)应(ying)物(wu)所所长(zhang)赵振(zhen)堂说。
而要拍(pai)好这部“电影”，离(li)不(bu)开(kai)神(shen)奇(qi)的(de)极(ji)紫(zi)外光(guang)。
当波(bo)长(zhang)短到(dao)100纳(na)米附近时(shi)，一个(ge)光(guang)子(zi)所具(ju)备的(de)能量就足(zu)以(yi)电(dian)离(li)一个(ge)原子或(huo)分子(zi)而(er)又不(bu)会(hui)把(ba)分子打(da)碎，这(zhe)个波(bo)段(duan)的光称(cheng)为极(ji)紫(zi)外(wai)光(guang)。
“在(zai)科(ke)学实(shi)验中(zhong)，需(xu)要(yao)探测的原(yuan)子或分(fen)子数量可(ke)能非(fei)常少，存在(zai)时(shi)间也(ye)非(fei)常(chang)短(duan)，普通(tong)的(de)极(ji)紫外(wai)光(guang)源无法满足这个需(xu)求(qiu)，必(bi)须要(yao)有高亮(liang)度的极紫外光源(yuan)，即(ji)极(ji)紫外(wai)激(ji)光(guang)。”中科(ke)院大(da)连化物所分子(zi)反应(ying)动(dong)力学(xue)国家(jia)重点(dian)实验(yan)室研究员戴(dai)东(dong)旭(xu)解释称(cheng)，“极紫外(wai)激光(guang)只(zhi)能(neng)在‘特(te)殊物(wu)质(zhi)’中(zhong)产(chan)生(sheng)，这个(ge)‘特殊(shu)物质(zhi)’就是脱(tuo)离原子核(he)而(er)单(dan)独存在(zai)的(de)自(zi)由(you)状态的(de)电子。”
但是，一台(tai)运行(xing)在(zai)极(ji)紫外(wai)波(bo)段(duan)的(de)自由(you)电子(zi)激光设备(bei)在世界上(shang)尚(shang)属(shu)空白。
这让科(ke)学家(jia)感(gan)到，中(zhong)国的(de)机(ji)会来了。
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中(zhong)国(guo)第一(yi) 世界(jie)最(zui)亮(liang)
在(zai)国家自(zi)然科学(xue)基金(jin)委(wei)国家(jia)重(zhong)大(da)仪(yi)器(qi)专项(xiang)资(zi)助(zhu)下，由(you)大(da)连(lian)化(hua)物所和(he)上(shang)海应(ying)物所联(lian)合(he)研制的大(da)连光(guang)源(yuan)项目于2012年初正(zheng)式启动(dong)，2014年10月正(zheng)式(shi)在(zai)大(da)连(lian)长兴岛开(kai)工(gong)建设(she)，并(bing)于2016年(nian)9月底安(an)装(zhuang)完(wan)成(cheng)，首次(ci)出(chu)光。
至此(ci)，大连(lian)光源(yuan)成(cheng)为我国第一台(tai)大(da)型(xing)自(zi)由(you)电(dian)子激(ji)光(guang)科(ke)学研(yan)究(jiu)用(yong)户(hu)装置，是(shi)当今世界上(shang)唯(wei)一(yi)运(yun)行(xing)在(zai)极紫外(wai)波(bo)段(duan)的(de)自由电(dian)子(zi)激光(guang)装置(zhi)，也(ye)是(shi)世(shi)界(jie)上最亮(liang)的极(ji)紫(zi)外光(guang)源。
光源的(de)每(mei)一(yi)个(ge)激光(guang)脉冲可(ke)产(chan)生超过(guo)100万亿(yi)个光子，波长可(ke)在(zai)极紫(zi)外区域完全(quan)连续(xu)可调(diao)，具有(you)完(wan)全(quan)的(de)相干(gan)性；该(gai)激(ji)光可(ke)以工(gong)作在飞秒(miao)或(huo)皮(pi)秒(miao)脉冲(chong)模(mo)式，可以用(yong)自放大(da)自(zi)发辐(fu)射(she)或(huo)高(gao)增益(yi)谐波(bo)放大模式运(yun)行(xing)。在这(zhe)样的(de)极紫外光照射(she)下的区(qu)域(yu)内(nei)，几(ji)乎所(suo)有的(de)原(yuan)子(zi)和分(fen)子(zi)都“无(wu)处(chu)遁形(xing)”。
“大连(lian)光(guang)源(yuan)属于(yu)第(di)四代(dai)光(guang)源，在化学(xue)、能源、物理(li)、生物、环境(jing)等(deng)重(zhong)要(yao)研究领域(yu)有着广泛的(de)应用，我国率先(xian)建成(cheng)这一先(xian)进(jin)光源(yuan)，对推动(dong)我国乃(nai)至世(shi)界(jie)在(zai)这些(xie)领(ling)域(yu)的研究(jiu)发(fa)展(zhan)有(you)着(zhe)极(ji)其(qi)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)义(yi)。”中科院(yuan)院(yuan)士、中(zhong)科(ke)院大(da)连化物(wu)所副(fu)所(suo)长(zhang)杨学(xue)明说(shuo)，“大(da)连(lian)光(guang)源的(de)成功研(yan)制也(ye)为我国(guo)未来发展X波段(duan)的(de)自由(you)电(dian)子激光(guang)打(da)下了(le)坚(jian)实基础(chu)。”
例如(ru)，举(ju)国(guo)关注的雾(wu)霾问题(ti)，就(jiu)可(ke)以利(li)用(yong)大(da)连光(guang)源(yuan)来(lai)研(yan)究(jiu)。大(da)气中(zhong)的化(hua)学物(wu)质(zhi)与(yu)水分子(zi)作(zuo)用(yong)后(hou)，形成(cheng)分子团簇(cu)，这(zhe)些团簇(cu)在生长过程(cheng)中(zhong)吸附(fu)大气中(zhong)各种污(wu)染(ran)分(fen)子，生(sheng)长为较(jiao)大(da)的气溶(rong)胶颗粒，并(bing)逐渐成(cheng)长(zhang)为雾霾(mai)。利用(yong)大连(lian)光源(yuan)极紫(zi)外(wai)软(ruan)电离(li)技(ji)术，就(jiu)可以(yi)研究雾霾的(de)生(sheng)长过程(cheng)，从根(gen)本(ben)上理解雾霾(mai)形(xing)成的(de)机(ji)理，为大气(qi)污(wu)染防治(zhi)提(ti)供科学(xue)依据(ju)。
