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X射线自由电子激光工程近日开启

X射线自由电子激光工程近日开启

据媒体报道,一条长达3.4公里的地下隧道正式动工,欧洲X射线自由电子激光项目的核心工程6月30日在德国汉堡开始建设。这一隧道工程预计于2014年完工,2015年进行首次科研实验。

 

据德国媒体报道,欧洲X射线自由电子激光设备是世界首个能产生高强度短脉冲X射线的激光设备。这一大型科研项目由德国和欧洲其他11个国家共同参与,将建设3条直径不同的地下隧道,总长度接近6公里,总耗资超过10亿欧元,德国出资54%。

 

欧洲X射线自由电子激光设施建成后,能产生波长从0.1到6纳米间可调的、极高强度的飞秒(1飞秒等于千万亿分之一秒)级短脉冲X射线相干光。其应用范围将涉及物理、化学、材料科学、生物学和纳米技术等广泛领域,将为人类认识微观世界打开全新视野。

  

中国科学院物理研究人员认为:欧洲自由电子激光项目是目前计划中全世界最大的自由电子激光设备,2015年开始运行后,将能输出波长短至0.1纳米、脉冲宽度不到100飞秒、重复频率达每秒27000次的相干X射线,从而为科学家认识微观世界提供前所未有的强大手段。

 

自由电子激光的原理与同步辐射类似,都是利用加速到高能量的电子辐射而产生极短波长的X射线闪光。但与目前最先进的第三代同步辐射光源相比,自由电子激光产生的X射线不仅具有激光的特点(相干性),而且波长更短、脉冲宽度更窄(闪光时间更快),特别是其峰值亮度比第三代同步光源高了近10个量级, 相比最好的常规X射线源产生的X射线,不仅峰值亮度高10多亿倍,而且平均亮度也高万倍以上。实际上,全世界第一台自由电子激光FLASH也建于德国汉堡,于2004年试运行后,曾创造了波长13。5—13。8纳米的自由电子激光纪录,并首次得到了非晶样品的高分辨率衍射图像。相比FLASH装置,欧洲自由电子激光装置的波长不仅短了60倍,而且能量更高。

 

目前国际上建成的X射线自由电子激光还有位于美国加州的设备和日本的设备,它们先后于2009年和2010年开始试运行。在设计上,欧洲自由电子激光设备具有独特的-271摄氏度的低温超导加速技术,重复频率远高于其它约每秒100次左右的水平。

 

  这类具有超快、超强特点的X射线激光设备的建成,将为科学家和工业用户打开全新研究机遇的大门,从而提供从未接近过的研究领域,如绘制病毒原子的详细结构、解密细胞分子的构成、拍摄纳米世界的三维图像、“冻结”化学反应的过程等等。
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