發(fā)布時(shí)間:2018-07-14
本報(bào)訊(孫洋 記者謝小芳)7月12日,由國(guó)家自然科學(xué)基金委資助,中國(guó)科學(xué)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“基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實(shí)驗(yàn)研究裝置”(簡(jiǎn)稱“大連相干光源”或“大連光源”一期項(xiàng)目)通過(guò)了基金委組織的專家驗(yàn)收。這標(biāo)志著該裝置圓滿完成各項(xiàng)建設(shè)任務(wù),進(jìn)入正式運(yùn)行階段。
“大連光源”是如何建成的?
2011年,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(guó)率先建設(shè)基于國(guó)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。經(jīng)過(guò)中國(guó)科學(xué)院推薦申請(qǐng)和層層嚴(yán)格評(píng)審,該項(xiàng)目于2012年獲得了國(guó)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。
2014年10月,“大連光源”實(shí)驗(yàn)樓破土動(dòng)工。2016年9月24日,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(guò)兩個(gè)多月卓有成效的調(diào)試,“大連光源”先后實(shí)現(xiàn)了自發(fā)輻射自放大模式(SASE)和高增益諧波放大模式(HGHG)飽和出光,成為了我國(guó)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。它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(guò)140萬(wàn)億(1.4x1014)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(zhǎng)可在整個(gè)極紫外區(qū)域(50~150nm)連續(xù)可調(diào),具有完全的相干特性。更為難能可貴的是,這一裝置90%的儀器設(shè)備是由我國(guó)自主研發(fā),標(biāo)志著我國(guó)自由電子激光的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
目前,已有多個(gè)國(guó)內(nèi)外頂尖研發(fā)團(tuán)隊(duì)表示希望依托“大連光源”建設(shè)實(shí)驗(yàn)站,開(kāi)展相關(guān)研究工作。
“大連光源”到底能用來(lái)做什么?
這么高端、先進(jìn)的儀器設(shè)備,到底可以用來(lái)做什么? “光源”,顧名思義,就是自己能夠發(fā)光的物體?!按筮B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(guò),“大連光源”發(fā)出的光線不是我們熟知的可見(jiàn)光,而是極紫外光,并且是亮度非常高的極紫外激光光束。因?yàn)檫@一光束是以自由電子作為工作介質(zhì)產(chǎn)生的,所以又被稱為“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,是探測(cè)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,因此對(duì)于探索物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)具有重要意義。換句話說(shuō),“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(lái)給分子、原子“拍電影”,這在以往是難以想象的。從這個(gè)意義上說(shuō),“大連光源”對(duì)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。
“大連光源”未來(lái)還有哪些發(fā)展趨勢(shì)?
據(jù)了解,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(cè)一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,如果每秒鐘只能拍到10張照片,獲得的影像就非??D;如果每秒鐘能拍到上萬(wàn)張照片,獲得的就是超高清晰的動(dòng)態(tài)影像。因此,英國(guó)《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(lái)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(wàn)赫茲。這將成為人類科技發(fā)展歷程中又一次里程碑式的進(jìn)步。到那個(gè)時(shí)候,我國(guó)在全世界極紫外自由電子激光領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)不可或缺的重要地位。
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