中國研發全球最亮極紫外光源 欲揭開霧霾形成之謎

　　作者：鄧雅蔓

　　光是由光源產生的，大連光源的峰值亮度是太陽光亮度一百億倍的平方。極紫外光具有能夠電離幾乎所有的組成普通物質的原子和分子的特性，使得它只能在真空中傳播。

　　霧霾成了中國高新科技發展的一種「催化劑」。

　　據中國科學院（下稱中科院）公眾號1月18日報道，「十三五」期間，中國將耗資48億在北京建設一台高性能的高能同步輻射光源——北京光源，其亮度和相干度（相位差恆定的光差）將成為「世界之最」。

　　北京光源預計2018年11月開工，預計花費六年時間。

第三代光源——上海光源的全局圖

　　在此三天前，中科院宣布大連化學物理研究所和上海物理應用研究所聯合研製的大連光源，達到了單個皮秒激光脈衝產生140萬億光子，成為全球最亮且波長完全可調的極紫外線自由電子激光光源。據美國《環球科學》（Universal Scientific）雜誌網站報道，大連光源將幫助中國找出霧霾形成的機制。

大連光源實景攝影圖

　　上述兩大光源有一個共稱——同步輻射光源，是一種利用相對論性電子在磁場中偏轉時產生同步輻射的高性能新型強光源，最早出現於20世紀60年代末，截止目前全世界已建成50多台。

　　光是由光源產生的，光源又有天然與人工之分，天然光源只包括太陽，人工光源除了北京光源和大連光源，還包括平常生活中用到的蠟燭、電燈和激光等。太陽雖然作為光源力量強大，但與人工光源相比，利用率很低。

光源虛構設計圖

　　「要看到物質里的細節，很重要的一點是要足夠的亮度，解析度和亮度直接呈現正相關。」中科院高能物理研究所研究員董宇輝接受央視採訪時表示，同步輻射光除了可以利用X光測量各種物質的原子結構，還能應用於研發航天材料領域。

大連光源實景攝影圖

　　中科院網站消息，目前科學家們對霧霾的形成機理還沒有完全搞清楚，因為霾在空氣中形成的過程中，涉及到多種化學物理反應包括光化學反應等。利用大連光源的光極紫外軟電離技術，將可以研究霧霾裡面污染分子比如二氧化硫、二氧化碳等的聚集過程，從根本上理解霧霾形成的機理，助力潔凈能源和大氣機理研究。

　　「大連光源不僅能夠給分子原子拍照片，而且還能給它們拍視頻，是一個動態的研究過程。」上海物理應用研究所所長趙振堂表示。

大連光源局部攝影圖

　　光的本質是電磁波，本身帶有能量，波長越短，光子的能量就越高。可見光的波長大致處於400-700納米之間，其光子能量可以刺激人的視覺細胞產生信號，而波長小於可見光的紫外光會對人體產生危害，比如UVA（320-400納米）和UVB（270-320納米）紫外光；當波長短到100納米附近時，一個光子所具備的能量就足以電離一個原子或分子而又不會把分子打碎，這個波段的光稱為極紫外光。

上海光源的內部攝影圖

　　「極紫外光具有能夠電離幾乎所有的組成普通物質的原子和分子的特性，使得它只能在真空中傳播。」大連化學物理研究所戴東旭表示。

　　作為自然科學協會基金委員會國家重大儀器專項資助的第一個經費過億的項目，大連光源於2012年正式啟動，2014年10月開工建設，2016年10月完成基建工程以及主題光源裝置的研製，在兩個月時間內調試出世界上單脈衝最亮的極紫外激光。此外，大連光源90%的儀器由中國自主研發，其峰值亮度相當於第三代光源——上海光源的百億倍，而上海光源的峰值亮度是太陽光的百億倍。

　　除了能源領域，大連光源在化學、物理和生物等多個研究領域有著廣泛應用。