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世界上最强极紫外自由电子激光脉冲能做什么

2017-01-20 09:39
棒棒书香
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“中国1月15日宣布研制成功世界上最亮的极紫外自由电子激光装置。这一“黑科技”好似照亮微观世界的“闪光灯”,其众多用途中包括能让生成雾霾的污染物分子无处遁形。”

由中国科学院大连化学物理研究所和上海应用物理研究所联合研制的极紫外自由电子激光装置——“大连光源”15日发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲,单个皮秒激光脉冲产生140万亿个光子,成为世界上最亮且波长完全可调的极紫外自由电子激光光源

那究竟有多亮?峰值亮度可以达到太阳光的100亿倍的100亿倍。

不过你看不到。这束光在极紫外波段,而且只能在真空中传播,一切都发生在“大连光源”100多米长错综复杂的管线与设备中。

中科院院士、大连化学物理研究所副所长杨学明说,自由电子激光是国际上最先进的新一代光源,在科学研究、国防科技发展中有着重要的应用前景,为探索未知物质世界、发现新科学规律、实现技术变革提供了前所未有的研究工具。

“这是世界上第一套这样的装置,欢迎全世界科学家来使用。”杨学明说。

又亮又快

随着人类对自然界认识的不断深入,科学家已经知道与人类生活息息相关的很多物理和化学过程在本质上都是原子和分子过程,比如臭氧层空洞的形成涉及到大气上层臭氧分子的淬灭机制;雾霾的形成涉及到污染物分子(SO2、CO等)聚集过程;燃烧过程涉及到氧原子或氧分子与其它分子的反应等一系列过程。

“要控制或利用这些物理和化学过程,我们就需要在实验室里研究这些过程所涉及到的原子和分子的反应机制,因此就需要精确并且高灵敏度地探测所涉及到原子和分子。”杨学明说。

他说,在“大连光源”极紫外光照射下的区域内,几乎所有的原子和分子都无处遁形,因此它是研究与原子、分子过程相关的物理、化学问题强有力的利器。

在探测中,光源的亮度和速度是关键。

“亮度高,就可以非常灵敏地探测,极少量的分子或者产物都能看得清楚。”杨学明说,“速度要快,是因为很多物理、化学、生物反应都发生在飞秒或皮秒的时间尺度。我们不仅仅要探测微观世界的结构,还要研究过程,到底是怎么发生的,所以只有快速的‘闪光灯’才能抓住这些瞬间。”

中科院上海应用物理研究所所长赵振堂说:“一百年前人们争论马奔跑时,有没有四脚腾空的时刻。最后解决这个问题的是高速摄像机。工具快到一定程度就能把瞬间状态捕捉。我们研制的这个装置是能够给分子反应‘摄像’的工具,希望能够解决很多前沿科学问题。”

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