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【工业之美】中国研发全球最亮极紫外光源 欲揭开雾霾形成之谜

光是由光源产生的,大连光源的峰值亮度是太阳光亮度一百亿倍的平方。极紫外光具有能够电离几乎所有的组成普通物质的原子和分子的特性,使得它只能在真空中传播。

图片来源:视觉中国

雾霾成了中国高新科技发展的一种“催化剂”。

据中国科学院(下称中科院)公众号1月18日报道,“十三五”期间,中国将耗资48亿在北京建设一台高性能的高能同步辐射光源——北京光源,其亮度和相干度(相位差恒定的光差)将成为“世界之最”。

北京光源预计2018年11月开工,预计花费六年时间。

第三代光源——上海光源的全局图 来源:中国科学网

在此三天前,中科院宣布大连化学物理研究所和上海物理应用研究所联合研制的大连光源,达到了单个皮秒激光脉冲产生140万亿光子,成为全球最亮且波长完全可调的极紫外线自由电子激光光源。据美国《环球科学》(Universal Scientific)杂志网站报道,大连光源将帮助中国找出雾霾形成的机制。

大连光源实景摄影图 来源:上海应用物理研究所胡蔚成

上述两大光源有一个共称——同步辐射光源,是一种利用相对论性电子在磁场中偏转时产生同步辐射的高性能新型强光源,最早出现于20世纪60年代末,截止目前全世界已建成50多台。

光是由光源产生的,光源又有天然与人工之分,天然光源只包括太阳,人工光源除了北京光源和大连光源,还包括平常生活中用到的蜡烛、电灯和激光等。太阳虽然作为光源力量强大,但与人工光源相比,利用率很低。

光源虚构设计图 来源:网络

“要看到物质里的细节,很重要的一点是要足够的亮度,分辨率和亮度直接呈现正相关。”中科院高能物理研究所研究员董宇辉接受央视采访时表示,同步辐射光除了可以利用X光测量各种物质的原子结构,还能应用于研发航天材料领域。

大连光源实景摄影图 来源:中科院网站

中科院网站消息,目前科学家们对雾霾的形成机理还没有完全搞清楚,因为霾在空气中形成的过程中,涉及到多种化学物理反应包括光化学反应等。利用大连光源的光极紫外软电离技术,将可以研究雾霾里面污染分子比如二氧化硫、二氧化碳等的聚集过程,从根本上理解雾霾形成的机理,助力洁净能源和大气机理研究。

“大连光源不仅能够给分子原子拍照片,而且还能给它们拍视频,是一个动态的研究过程。”上海物理应用研究所所长赵振堂表示。

大连光源局部摄影图 来源:视觉中国

光的本质是电磁波,本身带有能量,波长越短,光子的能量就越高。可见光的波长大致处于400-700纳米之间,其光子能量可以刺激人的视觉细胞产生信号,而波长小于可见光的紫外光会对人体产生危害,比如UVA(320-400纳米)和UVB(270-320纳米)紫外光;当波长短到100纳米附近时,一个光子所具备的能量就足以电离一个原子或分子而又不会把分子打碎,这个波段的光称为极紫外光。

上海光源的内部摄影图 来源:中国科学网

“极紫外光具有能够电离几乎所有的组成普通物质的原子和分子的特性,使得它只能在真空中传播。”大连化学物理研究所戴东旭表示。

作为自然科学协会基金委员会国家重大仪器专项资助的第一个经费过亿的项目,大连光源于2012年正式启动,2014年10月开工建设,2016年10月完成基建工程以及主题光源装置的研制,在两个月时间内调试出世界上单脉冲最亮的极紫外激光。此外,大连光源90%的仪器由中国自主研发,其峰值亮度相当于第三代光源——上海光源的百亿倍,而上海光源的峰值亮度是太阳光的百亿倍。

除了能源领域,大连光源在化学、物理和生物等多个研究领域有着广泛应用。

欲对光源了解更多,请观看以下视频:

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