大連光源項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院院士楊學(xué)明

今年，由自然科學(xué)基金委資助、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合研制的“基于可調(diào)極紫外相干光源的綜合實(shí)驗(yàn)研究裝置”（即“大連光源”一期項(xiàng)目）通過(guò)專家驗(yàn)收，進(jìn)入正式運(yùn)行階段。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院大連化學(xué)物理研究所研究員、中科院院士楊學(xué)明指出，項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收以后，光源裝置運(yùn)行情況良好，吸引了眾多國(guó)內(nèi)知名科學(xué)家團(tuán)隊(duì)前來(lái)尋求合作。對(duì)大氣化學(xué)中性團(tuán)簇、地下水和冰川樣品測(cè)年、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中復(fù)雜機(jī)理等能源化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域重大科學(xué)問(wèn)題的研究，即將在這里展開(kāi)。

這是自然科學(xué)基金委國(guó)家重大儀器專項(xiàng)資助的第一個(gè)經(jīng)費(fèi)過(guò)億項(xiàng)目。

最近，“大連光源”迎來(lái)了首個(gè)國(guó)際用戶，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士、英國(guó)布里斯托大學(xué)教授mike ashfold帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)前來(lái)開(kāi)展星際化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。“這是一個(gè)非常獨(dú)特的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究裝置，具有很好的性能。”mike ashfold評(píng)價(jià)說(shuō)。

科學(xué)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)

隨著科學(xué)發(fā)展，許多重要自然現(xiàn)象本質(zhì)上都是原子和分子過(guò)程，這已經(jīng)成為科學(xué)界的共識(shí)。那么，研究這些過(guò)程涉及的原子和分子反應(yīng)機(jī)制，便成為科學(xué)家關(guān)注的重大前沿問(wèn)題。

類比人眼通過(guò)可見(jiàn)光反射看到物體，那么，用什么樣的光才能“看到”原子和分子的變化過(guò)程呢？從事物理化學(xué)研究的楊學(xué)明一直受困于反應(yīng)中間體的探測(cè)難題。當(dāng)時(shí)，他意識(shí)到，一定要發(fā)展新的科學(xué)儀器，才有希望繼續(xù)深入推動(dòng)物理化學(xué)的發(fā)展。為此，楊學(xué)明找到中科院上海應(yīng)用物理研究所所長(zhǎng)趙振堂。雙方一拍即合：這是我國(guó)打造新一代光源的絕佳契機(jī)。

接受媒體采訪時(shí)，趙振堂曾表示，大連光源是以解決能源化學(xué)領(lǐng)域重大科技問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，由上海應(yīng)物所按照科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的需要“定向研制”的。此前，光源裝置基本都是先建好裝置，然后再去尋找用戶，看它能為誰(shuí)的研究提供服務(wù)。

科學(xué)家們把目光集中在“極紫外光”上。在整個(gè)光譜中，極紫外光是一段能量極高的紫外光，一個(gè)光子所具備的能量就足以電離一個(gè)原子或分子而又不會(huì)把分子打碎。

楊學(xué)明說(shuō)：“這正是探測(cè)物質(zhì)的分子、原子和外殼層電子結(jié)構(gòu)最重要的區(qū)域，對(duì)探索物質(zhì)化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)具有重要意義?！?/p>

一年多來(lái)，科研人員對(duì)水分子在極紫外波段的光解動(dòng)力學(xué)開(kāi)展了研究，發(fā)現(xiàn)了罕見(jiàn)的三體解離過(guò)程和高振轉(zhuǎn)分布的產(chǎn)物，有望幫助人類理解星際中這類物質(zhì)的產(chǎn)生和能級(jí)分布。同時(shí)，結(jié)合紅外光譜技術(shù)獲得水分子的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)信息，研究人員還深入解析了水中氫鍵構(gòu)成，對(duì)理解空氣中水分子的聚集過(guò)程（即霧的形成過(guò)程）具有重要意義。

最近，德國(guó)哥廷根大學(xué)教授兼馬普研究所所長(zhǎng)alec wodtke已經(jīng)在德國(guó)獲得200萬(wàn)歐元資金，計(jì)劃在大連光源建立表面化學(xué)研究實(shí)驗(yàn)站，有望深入揭示分子與表面之間的化學(xué)反應(yīng)及傳能機(jī)理，推動(dòng)新催化機(jī)理的產(chǎn)生。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次攜手

2011年，由楊學(xué)明、趙振堂、王東等科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的大連化物所和上海應(yīng)物所聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，提出在我國(guó)率先建設(shè)基于國(guó)際上新一代極紫外高增益自由電子激光綜合實(shí)驗(yàn)裝置的計(jì)劃。很快，經(jīng)過(guò)中國(guó)科學(xué)院推薦申請(qǐng)和層層嚴(yán)格評(píng)審，該項(xiàng)目于2012年獲得自然科學(xué)基金委立項(xiàng)資助，專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)1.033億元。

2014年10月，“大連光源”正式在大連長(zhǎng)興島開(kāi)工建設(shè)。項(xiàng)目啟動(dòng)后，聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)僅用了兩年時(shí)間，就完成了基建工程以及主體光源裝置研制。2016年9月24日22點(diǎn)50分，超過(guò)300兆伏能量的高品質(zhì)電子束流依次通過(guò)自由電子激光放大器的全部元件，第一束極紫外光從總長(zhǎng)18米的波蕩器陣列發(fā)出。

“大連光源”成為我國(guó)第一臺(tái)大型自由電子激光科學(xué)研究用戶裝置，也是當(dāng)今世界上唯一運(yùn)行在極紫外波段的自由電子激光裝置。

楊學(xué)明介紹，它可以工作在飛秒或皮秒脈沖模式，每一個(gè)激光脈沖可產(chǎn)生超過(guò)140萬(wàn)億個(gè)光子，單脈沖亮度是世界上所有極紫外光源中最亮的，波長(zhǎng)可在整個(gè)極紫外區(qū)域連續(xù)可調(diào)，具有完全的相干特性。

這些指標(biāo)構(gòu)成了“大連光源”在極紫外波段最亮的“閃光燈”和超快的“快門”，幫助科學(xué)家在研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)，捕捉到分子、原子在化學(xué)反應(yīng)中的動(dòng)態(tài)影像，給分子原子“拍電影”。

在科研人員看來(lái)，打破研究所之間的藩籬，讓不同學(xué)科真正交叉融合，集各家之長(zhǎng)來(lái)建大科學(xué)裝置，是投入產(chǎn)出比最小、效率最高的一種方式。

對(duì)于大連光源，時(shí)任中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)王恩哥給予了極高的評(píng)價(jià)：“大連光源是中科院乃至我國(guó)又一項(xiàng)具有極高顯示度的重大科技成果。裝置中90%的儀器設(shè)備均由我國(guó)自主研發(fā)，標(biāo)志著我國(guó)在這一領(lǐng)域占據(jù)了世界領(lǐng)先地位，為我國(guó)未來(lái)發(fā)展更新一代的高重復(fù)頻率極紫外自由電子激光打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>