首页 »

给分子原子“拍电影”,大连化物所和上海应物所联合研制的大连光源通过验收

2019/10/21 20:42:12

给分子原子“拍电影”,大连化物所和上海应物所联合研制的大连光源通过验收

7月12日,由中科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“基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置”(简称“大连相干光源”或“大连光源”一期项目)通过了国家自然科学基金委的专家验收。这标志着该装置圆满完成各项建设任务,进入正式运行阶段。

 

“大连光源”到底能用来做什么?

 

 “光源”,顾名思义,就是自己能够发光的物体。它最大的用处就是照亮周围的世界,帮助人类更好地去认识和改造我们生活的环境。“大连光源”也是一台能够自己发出光线,从而帮助人类探索未知世界的科学仪器。只不过,“大连光源”发出的光线不是我们熟知的可见光,而是极紫外光,并且是亮度非常高的极紫外激光光束。因为这一光束是以自由电子作为工作介质产生的,所以又被称为“极紫外自由电子激光”。

 

极紫外光是整个光谱当中非常有用的一个波段,可以用来探测物质的分子、原子和外壳层电子结构最重要的区域,因此对于探索物质化学转化的本质具有重要意义。换句话说,“大连光源”发出的极紫外光束可以捕捉到分子、原子在化学反应中的动态影像,能够用来给分子、原子“拍电影”。从这个意义上说,“大连光源”对于能源、化学、物理、生物、医学、材料等多个自然科学领域都具有革命性的推动作用。

大连光源极紫外放大器

90%的仪器设备由我国自主研发

 

2011年,由杨学明、赵振堂、王东领导的大连化物所和上海应物所联合研发团队,提出了在我国率先建设基于国际上新一代极紫外高增益自由电子激光的综合实验装置的计划。该项目于2012年获得了国家自然科学基金委的立项资助,专项经费1.033亿元。2014年10月,“大连光源”实验楼正式破土动工。

 

2016年9月24日,在不到两年的时间里,项目组完成了主要基建工程和主体光源装置的研制,并实现了光源装置的首次出光,创造了同类大型科学装置建设的新记录。后又经过两个多月的调试,“大连光源”先后实现了自发辐射自放大模式和高增益谐波放大模式饱和出光,成为了我国第一台大型自由电子激光科学研究用户装置,也是当今世界上唯一运行在极紫外波段的自由电子激光装置。它可以在飞秒或皮秒脉冲模式工作,每一个激光脉冲可产生超过140万亿个光子,单脉冲亮度是世界上所有极紫外光源中最亮的,波长可在整个极紫外区域(50-150纳米)连续可调,具有完全的相干特性。更为难能可贵的是,这一装置90%的仪器设备是由我国自主研发,标志着我国自由电子激光的相关技术已经达到国际先进水平。

 

目前,已有多个国内外顶尖研发团队表示希望依托“大连光源”建设实验站,开展相关研究工作。

 

二期项目重复频率将从50赫兹提高到100万赫兹

 

目前建成的这一装置只是“大连光源”的一期项目。之后,科学家希望能建成一个更为先进的二期项目。与一期项目相比,二期项目最大的不同就在于重复频率的提高。重复频率指的是光源在单位时间内发出的脉冲的数量。这个数量越高,就意味着科学家在同样时间内获得的实验数据就会越多,当然,实验效率就会越高。例如,探测一个化学反应过程,如果每秒钟只能拍到10张照片,获得的影像就容易出现卡顿;如果每秒钟能拍到上万张照片,获得的就是超高清晰的动态影像。因此,英国《自然》杂志又把高重复频率的自由电子激光称为科学家的“高速摄像机”。

未来的“大连光源”二期项目,重复频率将从现在的50赫兹提高到100万赫兹。到那个时候,我国在全世界极紫外自由电子激光领域将占据不可或缺的重要地位。这将推动我国相关领域科技水平的提升。