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全球最亮的“北京光源”将“照亮”哪些学科领域?

时间:2017-07-01 13:55    作者:admin     点击:

  光,是观察及研究自然最重要的工具。通过太阳光,人们可以看到房子、河流,但若想看到原子、分子、介子等微观物质,则需要同步辐射光源发出的特殊光。据悉,“十三五”期间,我国将耗资48亿在北京建设一台高性能的高能同步辐射光源——北京光源。其设计亮度及相干度高于世界现有、在建或计划中的光源。

全球最亮的“北京光源”将“照亮”哪些学科领域?

  同步辐射光源是继电光源、X射线源、激光光源后的第四次革命性推动科学探测的光源,具有强度高、光斑小、频谱广、可任意选择波长的特点。借助这种革命性新光源,人类可以探测微观世界的构造和化学变化过程等。它是不可或缺的现代科研手段,可应用于物理、化学、材料科学、生命科学、信息科学、药学、环保等众多前沿科研领域。

  目前,全世界相继建成50多台同步辐射光源。我国的“北京光源”项目预计2018年11月份开工,工期约6年。其亮度将比世界现有最亮同步辐射光源美国国家同步辐射光源II(NSLS-II)高70倍,比瑞典刚刚建成、尚未投入运行的MAX IV高出10倍。

  中国科学院高能物理研究所研究员董宇辉表示,北京光源主要有两方面的应用:一是和国家安全密切相关的重大需求,如航天材料。二个是提供非常高的分辨率,让科学家有了解复杂体系、极精细结构的能力,能推动基础科学的进步。它将成为我国同步辐射光源和应用迈向世界先进水平的重要一步。

  “北京光源”可使原有的实验技术能力获得巨大提升。比如,高能量的光子具有较高的穿透能力,意味着研究人员可以对真实的工程部件而非实验室样品开展研究,并实时研究这些部件在实际生产及服役过程中的变化。董宇辉表示,“这对工程材料等国家重大需求至关重要。”

  此外,极低的电子发射度还有望使X射线的分辨率达到“毫电子伏特”量级,也可将X射线聚焦到纳米量级的光斑中,还具备良好的相干性。这些能力将催生新的实验技术。例如,在生命科学、环境科学、介观科学等领域,聚焦到纳米量级的X射线将催生纳米分辨率X射线荧光成像、吸收谱学成像等技术。

  准衍射极限高能光源提供的高通量、高品质X射线将为十微米到十纳米介观尺度的科学研究打开一片新天地。中国科学院物理研究所研究员丁洪表示,“材料老化、应力的形成模式,细胞、血液在单根血管里的流动,微纳米级器件的工作情况,锂电池锂离子的注入和抽出,甚至基础物理中关联体系诸多衍生现象等,都发生在这一介观尺度。”

  据了解,迄今为止世界上90%的生物大分子:蛋白质、DNA、RNA、核糖体、核小体,或者病毒都是借助同步辐射光了解的。过去科学家需要十年的时间才能分析出血红蛋白的结构,如今借助同步辐射光源只需要三个月就能解析出更加复杂的分子结构。此外,我国首次完成探月卫星“嫦娥一号”太阳风离子探测器正机的实验标定和测试;开创一条低耗水进行煤高效转化的新途径;首次获得一批生物样品如癌变细胞的高分辨率显微图像等等,这些国际前沿科技成果都离不开一双超高显微的眼睛——同步辐射光源。

  “北京光源的建设将兼顾通用性和专用性,应在科学基础和经验的不断积累下发展。”董宇辉表示,一方面在同步辐射科学前沿上不懈追求,另一方面也要围绕用户需求开展研发。(光明网记者蒲潇 综合报道)

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