史無前例的獨特激光設(shè)備 可檢測霧霾成分

在德國哥廷根大學(xué)物理化學(xué)家Alec Wodtke看來，這也使得它成為了一種可用于檢測和分析“正在進行化學(xué)反應(yīng)的分子”的新工具。

在過去的10年中，全世界的科學(xué)家都在抓緊時間建造自由電子激光器，因為和同步加速器（蛋白晶體學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和材料科學(xué)的主力工具）相比，自由電子激光器在更短脈沖下產(chǎn)生的光更加明亮。

在同步加速器中，電子需要沿著周長為一公里或更長的存儲環(huán)運行。當(dāng)電子的路徑彎曲時，電子會拋出光子，這些光子會形成光束。

和同步加速器不同，自由電子激光器將電子從線性加速器發(fā)射到波蕩器中，波蕩器中磁體的極性會交替改變，從而可以沿著彎曲路徑推拉電子。

當(dāng)電子運行到拐彎處時就會產(chǎn)生光子。當(dāng)電子在波蕩器中運行時，電子和積累的光子之間的相互作用會產(chǎn)生相干激光。

目前歐洲和美國的大多數(shù)自由電子激光器用戶設(shè)施都是產(chǎn)生“硬”X射線激光束，其波長可以達到0．1 納米左右，這樣波長的激光非常適合結(jié)晶蛋白和其他固體的研究。

但是據(jù)中國科學(xué)院（CAS）大連化學(xué)物理研究所（這臺機器的所有者）物理化學(xué)家楊學(xué)明介紹，這種激光束的能量很高，因此會使得空氣中的分子發(fā)生分解。

在真空紫外線范圍內(nèi)（大連化學(xué)物理研究所的這臺設(shè)備的激光范圍是50～150 納米）的激光“觸感柔軟”，使得這種激光非常適合用于檢測氣體中的分子和原子。

他也希望研究人員能夠利用自由電子激光器脈沖來探測燃料燃燒期間的情況、生物分子在氣體中的行為以及固體－氣體界面的反應(yīng)過程。

一些實驗可以產(chǎn)生非常現(xiàn)實的回報，例如更好地了解有害氣溶膠（這是籠罩北京或者新德里這樣城市的煙霧的組成部分）在大氣中形成和降解過程。

Wodtke正在排隊等待使用這項設(shè)施。他正在與中國科學(xué)院商定協(xié)議，根據(jù)這項協(xié)議，哥廷根馬克斯·普朗克生物物理化學(xué)研究所的科學(xué)家也可以在大連光源工作。

王學(xué)明認(rèn)為該協(xié)議的發(fā)起人“非常聰明”地認(rèn)識到了不同自由電子激光器之間能力的差距，而他自己對這次合作也充滿了熱情。

中國正在建設(shè)更多的自由電子激光器設(shè)施。據(jù)中國上海應(yīng)用物理研究所（曾是大連自由電子激光器項目的合作伙伴）加速器物理學(xué)家王東介紹，該所的新型“軟”X射線自由電子激光器前不久產(chǎn)生了它的第一束光，并有望在大約2年內(nèi)向用戶開放。

現(xiàn)在上海應(yīng)用物理研究所正在計劃修建屬于中國的硬X射線自由電子激光器。