“中国第(di)一，世(shi)界(jie)最(zui)亮”：我国(guo)成(cheng)功(gong)研制(zhi)世(shi)界(jie)上
2023-11-03
1月(yue)15日，由中(zhong)科院(yuan)大(da)连化(hua)学(xue)物(wu)理研(yan)究(jiu)所(suo)和(he)上海应(ying)用物理研究(jiu)所(suo)联(lian)合(he)研制的极(ji)紫(zi)外(wai)自由电子(zi)激光(guang)装(zhuang)置(zhi)——大连光源(yuan)，在经(jing)过(guo)3个(ge)多月(yue)的(de)调(diao)试后(hou)，这(zhe)个(ge)总(zong)长100米的大(da)装(zhuang)置(zhi)发出(chu)了世界上最(zui)强的极紫外(wai)自(zi)由电子激光(guang)脉(mai)冲(chong)，单(dan)个(ge)皮秒(miao)激(ji)光(guang)脉(mai)冲产生140万(wan)亿(yi)个(ge)光子，成(cheng)为世(shi)界(jie)上最亮(liang)且波长(zhang)完全(quan)可调(diao)的极紫外自(zi)由(you)电(dian)子(zi)激(ji)光(guang)光(guang)源。
大(da)连(lian)光源
中(zhong)科(ke)院(yuan)副院(yuan)长王(wang)恩哥评(ping)价(jia)称：“大连光(guang)源是中科(ke)院(yuan)乃至我国(guo)的(de)又(you)一项具(ju)有(you)极(ji)高(gao)显示度的重大科(ke)技成(cheng)果。装置中(zhong)90%的(de)仪(yi)器设备均(jun)由(you)我(wo)国(guo)自主(zhu)研(yan)发，标(biao)志(zhi)着我(wo)国(guo)在这一(yi)领域占(zhan)据(ju)了世界(jie)领(ling)先(xian)地位(wei)，为(wei)我国未来发展(zhan)更新一代(dai)的(de)高(gao)重复(fu)频率(lv)极(ji)紫外(wai)自由电(dian)子(zi)激(ji)光打下(xia)了坚(jian)实的基(ji)础。”
1月(yue)13日，中科院大(da)连(lian)化(hua)学物(wu)理研(yan)究所科(ke)研人员在调试(shi)“大连光(guang)源”仪(yi)器(qi)设(she)备。
给(gei)分子(zi)“拍个(ge)电(dian)影”
自由(you)电(dian)子激光是(shi)国际上最先(xian)进的(de)新(xin)一代(dai)先进(jin)光(guang)源(yuan)，也是(shi)当(dang)今(jin)世界(jie)先进国(guo)家竞相发展(zhan)的重(zhong)要方(fang)向，在(zai)科学研(yan)究、先进(jin)技(ji)术、国防科(ke)技发展中有着重(zhong)要的应(ying)用前景。先(xian)进自由(you)电子(zi)激光(guang)的(de)发(fa)展(zhan)在(zai)前(qian)沿科学研(yan)究(jiu)中发(fa)挥(hui)着(zhe)越(yue)来越重要(yao)的作(zuo)用，特(te)别(bie)是(shi)近十年来(lai)，自(zi)由(you)电子(zi)激(ji)光(guang)技术的(de)发展(zhan)和突破为(wei)探索未(wei)知物(wu)质世界(jie)、发(fa)现(xian)新(xin)科学(xue)规(gui)律、实(shi)现(xian)技术(shu)变(bian)革(ge)提(ti)供(gong)了(le)前所未(wei)有的(de)研究(jiu)工(gong)具(ju)。
“自由电(dian)子(zi)激(ji)光(guang)能够(gou)给(gei)分子(zi)‘拍电影(ying)’，比如记录(lu)化(hua)学键(jian)断裂的动(dong)态(tai)过(guo)程，具有非(fei)常(chang)诱(you)人(ren)的(de)应用前景。”中科(ke)院上海(hai)应(ying)物(wu)所(suo)所长赵振(zhen)堂说。
而要(yao)拍(pai)好(hao)这(zhe)部(bu)“电(dian)影”，离(li)不开(kai)神(shen)奇(qi)的极(ji)紫(zi)外(wai)光(guang)。
当(dang)波(bo)长短到(dao)100纳(na)米(mi)附近(jin)时(shi)，一个光子所(suo)具备的(de)能(neng)量就足(zu)以(yi)电离一个(ge)原子(zi)或(huo)分子(zi)而又不(bu)会把(ba)分(fen)子(zi)打(da)碎(sui)，这个波(bo)段(duan)的(de)光称(cheng)为极(ji)紫外光。
“在(zai)科学实(shi)验中，需要探(tan)测(ce)的原(yuan)子(zi)或(huo)分子数(shu)量可能非常少(shao)，存在时间也(ye)非(fei)常短(duan)，普(pu)通(tong)的(de)极紫(zi)外(wai)光(guang)源无(wu)法满足这(zhe)个需求(qiu)，必(bi)须要有高亮(liang)度(du)的极(ji)紫外光源(yuan)，即极(ji)紫(zi)外激(ji)光。”中科院大(da)连(lian)化(hua)物(wu)所(suo)分(fen)子反(fan)应(ying)动(dong)力学国家重(zhong)点(dian)实验(yan)室研究员(yuan)戴(dai)东(dong)旭(xu)解(jie)释(shi)称(cheng)，“极(ji)紫(zi)外(wai)激光(guang)只(zhi)能(neng)在‘特(te)殊物质(zhi)’中产生(sheng)，这个‘特(te)殊物质’就(jiu)是(shi)脱(tuo)离(li)原子(zi)核(he)而(er)单独(du)存(cun)在的(de)自由(you)状态的(de)电(dian)子(zi)。”
但(dan)是，一台(tai)运行在(zai)极紫外波段的自由(you)电(dian)子(zi)激(ji)光设(she)备(bei)在世(shi)界(jie)上尚(shang)属空白。
这让(rang)科(ke)学家感到(dao)，中国的(de)机(ji)会来了(le)。
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中(zhong)国第一 世(shi)界(jie)最(zui)亮(liang)
在国家(jia)自然科学(xue)基金(jin)委(wei)国家(jia)重(zhong)大(da)仪(yi)器专(zhuan)项资(zi)助(zhu)下，由(you)大(da)连化(hua)物(wu)所和上海(hai)应(ying)物(wu)所联(lian)合(he)研制的大(da)连光(guang)源(yuan)项目于(yu)2012年(nian)初(chu)正(zheng)式(shi)启(qi)动，2014年(nian)10月(yue)正式(shi)在大(da)连长(zhang)兴(xing)岛(dao)开(kai)工(gong)建设，并于(yu)2016年9月底(di)安(an)装完成，首次(ci)出(chu)光。
至(zhi)此，大(da)连光源(yuan)成(cheng)为(wei)我国(guo)第一台大型(xing)自由(you)电子激(ji)光(guang)科学(xue)研究用户装置(zhi)，是(shi)当今(jin)世界上唯(wei)一(yi)运行(xing)在极(ji)紫(zi)外(wai)波段(duan)的自(zi)由电(dian)子(zi)激光(guang)装(zhuang)置(zhi)，也是(shi)世(shi)界上(shang)最(zui)亮(liang)的极(ji)紫外光(guang)源。
光(guang)源(yuan)的(de)每一个(ge)激光脉(mai)冲可(ke)产(chan)生超过100万(wan)亿(yi)个光(guang)子(zi)，波长可在极(ji)紫外区域(yu)完全连续(xu)可调(diao)，具(ju)有(you)完全(quan)的(de)相(xiang)干性；该(gai)激(ji)光可(ke)以工(gong)作(zuo)在(zai)飞秒(miao)或(huo)皮秒(miao)脉(mai)冲模式，可以用自(zi)放(fang)大自发(fa)辐(fu)射或(huo)高(gao)增(zeng)益谐(xie)波放(fang)大(da)模(mo)式运行。在(zai)这样的(de)极紫外光照(zhao)射(she)下的(de)区(qu)域内，几(ji)乎(hu)所有的原(yuan)子和(he)分子都(dou)“无(wu)处(chu)遁(dun)形”。
“大连(lian)光源属(shu)于第(di)四代(dai)光源(yuan)，在化(hua)学、能源、物理(li)、生物、环(huan)境等(deng)重(zhong)要(yao)研(yan)究领域有(you)着(zhe)广(guang)泛(fan)的(de)应(ying)用(yong)，我国率先(xian)建(jian)成这一先进光源，对推(tui)动我(wo)国乃(nai)至世(shi)界在(zai)这些领域(yu)的研(yan)究(jiu)发(fa)展(zhan)有(you)着极其重要(yao)的(de)意(yi)义。”中(zhong)科(ke)院院(yuan)士(shi)、中(zhong)科(ke)院大(da)连(lian)化(hua)物所副(fu)所(suo)长(zhang)杨(yang)学明(ming)说(shuo)，“大连(lian)光(guang)源(yuan)的成(cheng)功(gong)研制(zhi)也为我国(guo)未(wei)来发展X波段的自由(you)电子(zi)激光打下(xia)了坚实基(ji)础。”
例如，举(ju)国关注(zhu)的雾(wu)霾问题，就可以(yi)利用大(da)连(lian)光源(yuan)来研(yan)究(jiu)。大(da)气中(zhong)的化(hua)学物(wu)质(zhi)与水(shui)分(fen)子(zi)作(zuo)用后，形成分(fen)子(zi)团簇，这些团(tuan)簇(cu)在生长过(guo)程中吸附(fu)大气(qi)中(zhong)各种(zhong)污染(ran)分子(zi)，生(sheng)长为较(jiao)大的(de)气溶胶(jiao)颗(ke)粒(li)，并逐(zhu)渐(jian)成长(zhang)为雾(wu)霾。利用大(da)连光(guang)源极紫外软(ruan)电离技(ji)术(shu)，就(jiu)可(ke)以研(yan)究雾霾(mai)的(de)生长过程，从根本上(shang)理(li)解(jie)雾霾形成(cheng)的机理，为(wei)大气污(wu)染(ran)防治(zhi)提(ti)供(gong)科学依据。
