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高端訪談

“追光者”王文濤:如何將自由電子激光做到全球領(lǐng)先...

來源:中國新聞網(wǎng)2022-07-28 我要評論(0 )   

“我是一塊磚,哪里需要往哪搬。”42歲的王文濤說。他是中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員,也是2022年上?!白蠲揽萍脊ぷ髡摺敝?。...

“我是一塊磚,哪里需要往哪搬。”42歲的王文濤說。他是中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員,也是2022年上海“最美科技工作者”之一。

王文濤在實(shí)驗(yàn)室 受訪者 供圖

王文濤的科研工作與光有關(guān)——自由電子激光。

他說,其實(shí)自己原來不是做這一領(lǐng)域的,后來把研究方向轉(zhuǎn)成這個(gè)領(lǐng)域,在一個(gè)并不熟悉的領(lǐng)域,從零開始。

他介紹,可以將X射線自由電子激光比作一臺“X射線照相機(jī)”,它的快門(即:超快時(shí)間分辨)、分辨率(即:超高空間分辨)、曝光量(即:超強(qiáng)峰值亮度)十分先進(jìn),可用于探測物質(zhì)內(nèi)部動態(tài)結(jié)構(gòu)和研究光與原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)的相互作用過程,極大地促進(jìn)物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料、能源、環(huán)境等多學(xué)科的發(fā)展。

X射線自由電子激光裝置規(guī)模大,造價(jià)昂貴,難以快速普及。國際上從2006年就開始自由電子激光的“臺式化”研究,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所從2012年啟動相關(guān)項(xiàng)目研究,是中國國內(nèi)的第一家。

2011年,王文濤所在的團(tuán)隊(duì)開始致力于激光加速電子束品質(zhì)與穩(wěn)定性的提升,期望在臺式化自由電子激光的研究中率先實(shí)現(xiàn)突破。但這項(xiàng)研究,并不是一件容易的事情。

2012年,中科院上海光機(jī)所強(qiáng)場激光物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基于激光尾場加速,申請了國家重大儀器項(xiàng)目,開始同美、法、德、日等國在臺式化自由電子激光展開競爭。盡管組建好了一支青年團(tuán)隊(duì),但此時(shí)實(shí)驗(yàn)中的電子束品質(zhì),距離實(shí)現(xiàn)夢想相差千倍以上。這支團(tuán)隊(duì)開啟一場崎嶇坎坷、充滿艱辛的追光之旅。

這一研究有個(gè)非常核心的內(nèi)容就是激光電子加速技術(shù),但做到能用是需要有好的品質(zhì),并且連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生,彼時(shí),世界上還沒有團(tuán)隊(duì)做到過。

有嘗試,就會有失敗,在最終方案實(shí)現(xiàn)之前,王文濤說,團(tuán)隊(duì)嘗試過四種方案。

2017年,項(xiàng)目遭受重大挫折,原有的設(shè)計(jì)方案在經(jīng)歷了3年嘗試后,宣告失敗,這意味著整個(gè)裝置建設(shè)要推倒重來,整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)受到了沉重打擊。那段時(shí)間團(tuán)隊(duì)充滿了挫敗感和對不能如期完成項(xiàng)目的焦慮。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人——中國科學(xué)院院士李儒新說:“(我們)向世界證明,這個(gè)方案不可行,(這)也是一種成功?!?/p>

在成員們的相互鼓勵(lì)和理解下,團(tuán)隊(duì)開始嘗試第三種、第四種方案……

“從希望到失敗,你不知道什么時(shí)候,什么方案一定能成功,能夠堅(jiān)持下來,才是其中最為重要的?!蓖跷臐f。從2013年到2018年,整整五年,團(tuán)隊(duì)才實(shí)現(xiàn)了電子束的連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)了從加速技術(shù)到加速器的轉(zhuǎn)變?!?/p>

2018年,王文濤和團(tuán)隊(duì)成功研制了穩(wěn)定臺式化激光電子加速器,產(chǎn)生單能電子束的重復(fù)率為100%。這意味著中國在臺式化電子加速領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)到儀器最為關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變。激光尾場電子加速器的實(shí)現(xiàn),為臺式化自由電子激光的研制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2019年12月31日,團(tuán)隊(duì)將激光加速器得到的“夢之束”驅(qū)動產(chǎn)生了臺式化自由電子激光的“現(xiàn)實(shí)之光”。

“接近3000天,我們才把這個(gè)事情做出來,非常不容易?!彼f。

研究團(tuán)隊(duì)在國際上率先完成了“臺式化”自由電子激光原理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對發(fā)展小型化、低成本自由電子激光具有重大意義。相關(guān)研究成果作為封面文章于2021年7月22日發(fā)表在Nature(《自然》雜志)上。

在王文濤看來,團(tuán)隊(duì)在已有研究基礎(chǔ)上的大膽求證,自主創(chuàng)新,走一條別人沒走過的路,充滿艱辛但又有獨(dú)特的魅力,“這條路上我們是開拓者,走通之后,可以極大地培養(yǎng)我們的科研自信,這也是科研工作者可以自豪的事情,這對于我們今后的科研道路是至關(guān)重要的?!?/p>

下一步,王文濤將和團(tuán)隊(duì)一起繼續(xù)提升自由電子激光的輸出功率和光子能量,并將其作為上海超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置(“羲和”激光裝置)中超快化學(xué)與大分子動力學(xué)研究平臺的重要組成部分,提供開放共享。


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自由電子激光王文濤
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