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大连光源将有哪些应用:能给原子拍视频—新闻

发布时间:2017-12-04 阅读:

  大连光源将有什么应用:给原子视频 - 新闻 - 科学网

  近日,中国科学院大连化学物理研究所与上海应用物理研究所共同研制的大连紫光自由电子激光器光源,发射出世界上最强的EUV自由激光脉冲,单皮秒(1皮秒等于一万亿分之一秒)秒)激光脉冲产生140万亿个光子,使得这个100米器件成为世界上最亮和可完全调节的EUV激光源。

  自由电子激光是世界上最新一代先进的光源。这也是当今世界发达国家争夺的重要方向。在科学研究和国防科技发展中具有重要的应用前景。

  大连光源是中国第一个大型自由电子激光研究用户设备。它是世界上唯一一个在极紫外波段工作的自由电子激光器,也是世界上最亮的极紫外光源。这是继合肥光源和上海光源之后的又一次重要的探索。什么是极紫外光,这种先进的大型科学仪器的基本原理是什么,应用有哪些?

  光线明亮,脉冲短暂,微观世界更清楚

  人类已经知道许多物理和化学过程本质上是原子和分子的运动。为了控制或利用这些过程,有必要研究其中涉及的原子和分子的反应机理,并且准确而高度灵敏地探测涉及的原子和分子。

  自19世纪以来,电力和电磁波已经成为人类认识和感知物质世界的最重要的媒介和手段。例如,麦克风将声音转换成电信号以进一步处理和传输。人们研究原子和分子反应机制的最直接的方法就是将它们转换成易于识别和处理的电信号。这个过程是打击(电离)原子或分子中的电子,以获得原子分子和物质的结构和动态信息,然后在微观层面上探索物质世界的奥秘。

  现代物理学已经证明,光具有波粒二象性,既是电磁波又是粒子。光子本身具有能量,波长越短,光子能量越高。当光的波长短到约100纳米时,光子的能量足以使原子或分子离子化而不破坏原子或分子。这一带的光被称为极紫外光。然而,由于科学实验,需要检测的原子或分子的数量可能非常少,时间很短,一般的EUV光源不能满足这个需要,它必须有一个高亮度的EUV光源,即极紫外激光。光源明亮,微观世界可以看得更清楚;用短脉冲,我们可以看到分子和原子在物理和化学变化中的超快过程。中国科学院大连化学物理研究所副所长杨学明说。

  最亮的闪光灯,最快的快门,允许分子,原子无处躲藏

  EUV激光器可以将几乎所有构成普通物质的原子和分子电离。因此,EUV激光器不能在平常的情况下产生和放大,只能在特殊情况下产生。这种特殊物质是独立于核电子的自由状态。

  根据电动力学的原理,加速运动的电子将向外部辐射电磁波,而振荡电子则非常强烈地辐射电磁波。常用的无线信号,无论是电视还是手机,都是通过驱动电子在天线中来回摆动来传输电磁波。

  大连光源由加速器,波荡器和光束站三部分组成。光电阴极上的几个皮秒脉冲激光(驱动激光)的脉宽击中一束高密度脉冲电子,然后用线性加速器将脉冲电子束加速到3亿电子伏特能量,电子速度非常接近以光速。另一皮秒或近时激烈的激光(种子激光)撞击在这种高能电子束上。通过种子激光器的作用,电子束中的电子在激光波长处被空间重新分配(调制),然后允许经调制的电子束通过一系列周期性变化的磁场继续。在周期性的磁场中,电子以一定的速度向前飞行,一边摆动,向前照射光线。在整个过程中发出的光将迭加在增加上,而电子本身也受到光线辐射的调制,在其自身的空间分布中,使电子辐射更强烈,适当选择周期性的磁场强度,会使种子激光器如上所述,谐波分量急剧自激并饱和,从而输出极紫外激光器。

  大连光源拥有最亮的闪光,峰值功率比日光高出1000亿倍,最快的百叶窗,光的长度可以达到飞秒(1飞秒等于千亿分之一秒),皮秒,不仅使分子,原子无处藏身,还给他们一部电影,整个过程的物理和化学反应动态地记录下来。上海应用物理研究所赵振堂用一系列比喻来说明大连光源的大用途。

  广泛用于帮助理解雾霾机制的形成

  大连光源采用了双馈电子直线加速器和楔形波荡器技术等一系列先进技术。自行设计制造的激光塑料成型系统及其稳定性达到了国际先进水平。该项目在两年内完成了基础设施工程和主要光源设备的建设,三个月内成功投产,创造了我国同类大型科研设施建设的新纪录。中国科学院副院长王恩国院士认为,大连光源的建成,成为中国重大科学工程的又一成功典范,将为中国科技事业注入新的活力。

  作为一个真正的用户设备,大连光源将成为全球的研究平台。杨学明说。大连光源建成后,将成为当今世界EUV频段最强的自由电子激光器,是研究与原子分子过程有关的理化科学问题的武器。大连光源综合实验装置基于极紫外相干光源,开发了一系列具有国际先进水平的实验台,用于研究与燃烧,大气,清洁能源相关的物理化学过程,使装置成为国际上相关研究领域研究平台不能被取代。

  据了解,大连光源在燃烧化学,极紫外光刻,生物分子结构与动力学,大气雾化学等领域得到广泛应用。以大气烟雾为例,大气中的化学物质与水分子相互作用形成分子团簇,在生长过程中吸附各种污染物分子,并长成大气溶胶粒子,逐渐成长为烟雾。利用大连光源的EUV软电离技术,我们可以研究霾的成长,从根本上了解形成霾机理,为防治大气污染提供科学依据。大连化学物理研究所研究员张伟说。

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  合肥光源

  1983年4月,国家同步辐射实验室正式批准建设中国第一个专用同步辐射光源 - 合肥光源,合肥光源于1989年建成,发射了中国第一个神奇的光源。利用合肥光源,中国首次完成对月球卫星的“太阳光电离子检测仪”的校准和检测,首次获得了该机的X射线全息图案。

  上海光源

  1999年,上海光源工程预研工作于2009年正式启动并投入运行。

  实际上,上海光源相当于一台巨型超显微镜,它可以向微观世界拍摄高分辨率的科学照片,如花草树木的呼吸过程,人体蛋白分子活动等。上海光源建成后,光的稳定性一直很好,这进一步拓宽了中国科学家的探索视野。

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