為分子“拍照片”的上海同步輻射光源

出品：科普中國

作者：數(shù)字世界

監(jiān)制：中國科普博覽

光，現(xiàn)代世界中日夜陪伴我們的朋友。你知道的光有哪些？太陽光？燈光？其實宇宙中存在的光可不止這些，而它們的能力也遠不止是為人類照明而已。

今天，我們想和大家聊聊大科學裝置中的不尋常的系列先進光源。

紅的、紫的、軟的、硬的……各種光

光讓我們看見眼前的大千世界，我們希望看得更遠去探索外太空的奧秘，我們希望看得更深，去看清蛋白質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

人眼能看到感覺看到的光叫可見光，在光的大家族里，可見光只占一小部分?？茖W認為，光其實是一種電磁波，因為頻率和波長的不同，分為無線電波、微波、紅外、可見光、紫外、軟X射線、硬X射線和伽馬射線。

借助無線電波，天文學家可以探索遙遠的未知星球，借助雷達的微波，士兵可以看到幾百千米外的飛機，借助X射線醫(yī)生可以透視病人的骨骼和內(nèi)臟。

由此說來，光對于科技顯得尤為重要，大家從下面這幅世界光源地圖中可以看出，世界科技強國在不同類型光源設(shè)施建設(shè)方面都有較完整的布局。我國亦是如此。

亮度較大的地區(qū)主要位于北美地區(qū)、西歐地區(qū)、亞洲東部及南部地區(qū)及其沿海平原地區(qū)，非洲、大洋洲、南美洲中部亮度較小。

圖片來源：NASA

目前，我國的大型光源既包括同步輻射光源、自由電子激光，也包括超強超短激光。

從地域分布上，已建成了包括上海、合肥、大連以及正在建設(shè)的第四代北京光源（高能同步輻射光源，懷柔），已形成高能、中能、低能光源協(xié)同布局的良好局面。

為分子“拍照片”的同步輻射光源

2021年6月28日上午，在中國共產(chǎn)黨百年華誕來臨之際，由國家發(fā)展改革委立項支持、中國科學院高能物理研究所承擔建設(shè)的高能同步輻射光源（HEPS）首臺科研設(shè)備安裝，為其提供技術(shù)研發(fā)與測試支撐能力的先進光源技術(shù)研發(fā)與測試平臺（PAPS）同期轉(zhuǎn)入試運行。

當同步輻射光源照射在物質(zhì)上時，會產(chǎn)生許多不同的效應，每一種效應皆與物質(zhì)本身的物理或化學特性有密切關(guān)聯(lián)。

因此，利用同步輻射光源觀察物質(zhì)，可準確地探究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及物質(zhì)內(nèi)電子間的交互作用，形象地說，同步輻射光源能為分子“拍照片”。

2009年，上海一座世界一流的光子科學中心建成，顯著推動了我國多個學科的快速發(fā)展，使一大批以往在國內(nèi)無法開展的實驗得以在國內(nèi)進行，為眾多學科提供了不可或缺的實驗條件。

上海光源

圖片來源：上海同步輻射光源

科學家依托該光源取得了一批重大成果：開展埃博拉病毒研究，解析H5N1禽流感病毒結(jié)構(gòu)，對催化劑結(jié)構(gòu)進行表征，在甲烷高效轉(zhuǎn)化研究中取得突破。

世界最強光在中國上海

另外，超強超短激光被認為是人類已知的最亮光源，是國際激光科技的最新發(fā)展前沿和競爭重點領(lǐng)域，具有重大科技意義與應用價值。

比如，超強超短激光可用于產(chǎn)生反物質(zhì)和探測暗物質(zhì)，研究天體物理和宇宙起源等。

2017年10月，上海超強超短激光實驗裝置（SULF）在世界上首次實現(xiàn)了10拍瓦激光放大輸出。

圖片來源：澎湃新聞

大家對1拍瓦可能沒有概念，1拍瓦相當于全球電網(wǎng)平均功率的500倍，10拍瓦激光如果聚焦到10微米，達到的光強就相當于將照在地球表面的太陽光全部“聚”到一根頭發(fā)絲上的10倍。

2019年11月，成功輸出國際最高峰值功率重頻12.9拍瓦激光，被譽為激光器發(fā)明以來第五個里程碑。裝置采用的直徑235毫米大尺寸鈦寶石晶體，由中國科學院自主研發(fā)，是目前已知國際最大口徑的激光放大晶體。

好啦，今天的“追光之旅”就到這里啦，雖然我們在這里止步，但是科學家在光學領(lǐng)域的探索不會止步，期待未來能有更多科研成果出現(xiàn)造福人類。