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【亚博全站app官网登录】第四代光源:探测微观世界的利器

企业新闻 / 2021-11-11 00:31

本文摘要:冬日的辽东半岛,海风凛冽刺骨。坐落于沈阳这座滨海城市西侧的长兴岛,因四面环海,人口较少,更加变得肃杀、冷清。但就在这里,一项新的世界纪录刚问世。 1月15日,我国近期一代光源“极紫外自由电子激光装置”,即“沈阳光源”,收到了世界最弱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,沦为世界上视星等且波长几乎固定式的极紫外自由电子激光光源。中国科学院副院长王恩哥评价这一成果时说,这是该院乃至我国又一项具备极高表明度的根本性科技成果。

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冬日的辽东半岛,海风凛冽刺骨。坐落于沈阳这座滨海城市西侧的长兴岛,因四面环海,人口较少,更加变得肃杀、冷清。但就在这里,一项新的世界纪录刚问世。

1月15日,我国近期一代光源“极紫外自由电子激光装置”,即“沈阳光源”,收到了世界最弱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,沦为世界上视星等且波长几乎固定式的极紫外自由电子激光光源。中国科学院副院长王恩哥评价这一成果时说,这是该院乃至我国又一项具备极高表明度的根本性科技成果。

“沈阳光源”中90%的仪器设备由我国自律研发,标志着我国在这一领域占有了世界领先地位。 1月15日,辽宁省大连市,中国科学院研制的“沈阳光源”收到了世界上最弱的极紫外自由电子激光脉冲。更加值得一提的是,该装置由中科院沈阳化学物理研究所和中科院上海应用于物理研究所牵头研制,首创了我国科学研究专家与大科学装置研制专家顺利合作的先例。近日,中国青年报·中青在线记者走出“沈阳光源”,专访有关专家展开揭露。

看不到的“光”:人类观测微观世界的利器在沈阳长兴岛,“沈阳光源”躺在一个长达100多米的隧道里。在这里,最少见的就是各种灯光闪光的实验仪器,以及各类如同爬山虎般顺着架子相连着仪器的线缆,当然,还有各种看不到的“光”。现实中,人们认识最少的“光”,害怕是手机屏幕、电脑电视屏幕收到的光,还有白炽灯、霓虹灯的光,白天的太阳光,夜里的月光,以及大大自然中水母、萤火虫收到的光,等等。

那么,光的本质到底是什么?电磁波。——近代物理早已证明了这一点,并且找到光这种“电磁波”,还是人类了解和感官物质世界,观测原子和分子等微观世界的最重要工具。比如,对于声音和图像,人类可以通过麦克风和摄像头转换成“电”信号,然后展开处置和传输。

某种程度地,对于物质世界中的原子和分子,如果要“看见”它们,也只必须将其转换成更容易辨识和处置的“电”信号。一个最必要的方法,就是将原子或分子中的电子“打”出来,让原子、分子变为具有正电荷的离子,带上正电的离子敲击在探测器上,就不会构成“电”信号。如此,科学家就可以灵敏地观测即“看见”微观世界。

这其中的关键点,将要原子或分子中的电子“打”出来。不过,并非所有的“光”都能构建这一点。“近于紫外光”是其中一种。

根据中科院沈阳化物所研究员戴着东旭的众说纷纭,光(电磁波)本身具有能量,其波长越高,能量就越高。也因此,它分成红外线和不可见光,后者还包括紫外光、红外光、X光,即人们一般来说所说的紫外线、红外线、X射线。

红外线的能量却是小的。其波长大体正处于400~700纳米之间,可以性刺激人的视觉细胞产生信号。波长大于红外线的紫外光,因为能量低,不会对人体产生危害,比如320~400纳米和270~320纳米之间的紫外光。不过,当波长较短到100纳米附近时,光所不具备的能量,不足以电离一个原子或分子而又会把分子刺穿,这个波段的光,被科学家称作“近于紫外光”。

“沈阳光源”就是要用上这种“光”。一旦用上,就是人类观测微观世界的一把利器。近期一代光源是“拍电影”,上一代是“拍照片”“沈阳光源”总负责人、中科院沈阳化物所副所长杨学明院士谈了一个故事:19世纪末有人问,马在跳跃时,到底是不是四蹄同时离地的瞬间?一时间众说纷纭,因为只能靠人眼仔细观察,觉得无法辨别。直到有人设计出有一套倒数照片的装置,将马倒数跳跃的过程“分解成”为一帧帧照片,才得出结论了结论。

杨学说明,要研究物质是如何变化、运动的,最差的方式就是将过程“记录”下来,需要让人们确切地“看见”。如今,随着人类对自然界的了解不断深入,科学家早已告诉,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。

而要掌控或利用这些物理和化学过程,在杨学明显然,就必须在实验室里,研究这些过程所牵涉到的原子和分子的反应机制,因此,就必须准确并且高灵敏度地“观测”所牵涉到的原子和分子。事实上,为了“看见”微观世界,人类生产出有了各种各样的工具,这类工具总称为“光源”,其中一类在科学上普遍用于的光源,利用了粒子加速器取得高能粒子,高能粒子在磁铁阵列中波动产生的高亮度的光被称作实时电磁辐射光。物理学家斯蒂芬·霍金曾多次说道过,粒子加速器,是人类享有的最相似时间机器的设备。

而人类所能超过的最低温度记录,也是在粒子加速器中建构的。从上世纪40年代,美国在加州大学伯克利分校发展了第一代高能电子束实时加速器之后,高亮度的实时电磁辐射光源,早已沦为当代科学研究尤为最重要的实验工具之一。世界各国先后创建了几十台第三代光源,我国也有北京正负电子对撞机、合肥光源、广东散裂中子源、兰州重离子装置、上海光源等。

其中合肥光源和上海光源归属于第三代光源。如今竣工的“沈阳光源”,则是第四代,也是近期一代的光源,即自由电子激光装置。

中科院上海应用于物理研究所所长赵振堂研究员说道,这是当今世界上唯一运营在极紫外波段的自由电子激光装置,也是世界上视星等的极紫外光源。那么,第三代实时电磁辐射光源和第四代自由电子激光装置到底有何区别?赵振堂打了一个比方,上一代是“拍照片”的,而近期一代光源是“拍电影”的,更进一步说道,即第三代光源不能“看见”微观世界物质的结构,而第四代光源则能记录下微观世界物质的动态过程。

杨学明以雾霾为事例,从现有的研究来看,霾是一个从分子结构挤满一起的团簇,还包括水、污染物等,那么在研究雾霾时,不仅要告诉它是什么结构,即由什么构成,还要搞清楚这些组成部分,是如何挤满在一起的,这就必须科学家不仅要看见静态的结构,还要看见动态的过程。比如,在空气干燥的时候,空气中霾的成分一般来说不会有一个显著的快速增长,为什么不会这样,这就必须对其发展过程展开研究。也因此,杨学明将“沈阳光源”这个第四代光源,称作仔细观察原子、分子反应过程的摄像机,在原子、分子层次上探寻物质世界的奥秘。


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