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1月13日，中科院大连化学物理研究所的研究人员正在调试“大连光源”设备。新华社
1月15日，中国科学院研制的大连光源发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲。一个皮秒激光脉冲产生140万亿光子，使其成为世界上最亮的波长完全可调的极紫外自由电子激光源。
另一个“世界上最伟大的”科学项目在中国诞生了。
几天前，中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化学物理研究所)和上海应用物理研究所(以下简称上海应用物理研究所)联合研制的极紫外自由电子激光装置大连光源发出了世界上最强的极紫外自由电子激光脉冲，单皮秒激光脉冲包含140万亿光子。
去年9月底第一个发光装置安装后，经过三个多月的调试，总长100米的大连光源终于成为世界上最亮的波长完全可调的极紫外自由电子激光光源。这个自由电子激光装置是用来做什么的？为什么它能产生如此强烈的光？
独特的技能
会使分子原子“无处藏身”
“随着人类对自然认识的加深，我们已经知道许多与人类生活密切相关的物理和化学过程本质上是原子和分子过程。”中国科学院大连化学研究所分子反应动力学国家重点实验室研究员戴说，例如，臭氧层空洞的形成涉及上层大气中臭氧分子(O3)的猝灭机制，烟雾的形成涉及污染物分子(SO2、CO等)的聚集过程。)，燃烧过程包括一系列过程，如氧原子或氧分子与其他分子的反应。为了控制或利用这些物理和化学过程，我们需要在实验室中研究这些过程中所涉及的原子和分子的反应机理，因此我们需要准确和高灵敏度地检测所涉及的原子和分子。
自由电子激光光源提供了一种高亮度的光源，可用于准确、高灵敏度地检测原子和分子。
现代物理学证明，光的本质同时是电磁波和粒子。光子本身携带能量。波长越短，光子的能量越高。可见光的波长大约在400-700纳米之间(1纳米等于十亿分之一米)。它的光子能量可以刺激人类视觉细胞产生信号，而波长小于可见光的紫外光由于其光子能量高，如长波紫外线(320-400纳米)和中波紫外线(270-320纳米)对人体有害。当波长约为100纳米时，光子有足够的能量电离原子或分子而不破坏分子。这一波段的光被称为极紫外光。
我不仅能拍照，还能“拍电影”
由于科学实验中需要检测的原子或分子数量可能很少，而且它们的存在时间很短，所以普通的极紫外光源不能满足这一要求，必须提供一种高亮度的极紫外光源，即极紫外光激光器戴说，极紫外光具有电离构成普通物质的几乎所有原子和分子的特性，这使得它无法在普通物质(包括空气体)中传播，而只能在真空中传播，所以极紫外光也被称为真空紫外光。因此，极紫外激光不能在普通物质中产生和放大，而只能在“特殊物质”中产生，这是一种与原子核分离的处于自由状态的电子。
中国科学院上海应用物理研究所所长赵表示，第三代光源(如上海光源)的峰值亮度是太阳光的100亿倍。大连光源属于第四代光源，其峰值亮度相当于第三代光源的一百亿倍。与我国以前开发的光源相比，大连光源不仅可以像以前的光源一样拍摄分子原子的照片，还可以拍摄分子原子的“电影”。它是一种动态研究工具，可以解决分子动力学的许多问题。
大连光源的光子能量不是最高的，但它最适合研究分子和原子化学反应的动力学——它有极紫外波段最亮的“闪光灯”和超快的“快门”，其光输出脉冲长度可达飞秒和皮秒。
大连光源是中国第一个大型自由电子激光科研用户设备(而非原型)。它是当今世界上唯一工作在极紫外波段的自由电子激光装置，也是世界上最亮的极紫外光源。
实验平台
可用于下一代EUV光刻技术
自由电子激光器是世界上最先进的新一代光源。这也是世界发达国家竞争发展的一个重要方向。在科学研究、先进技术和国防科技发展中具有重要的应用前景。先进自由电子激光器的发展在前沿科学研究中发挥着越来越重要的作用。特别是近10年来，自由电子激光技术的发展和突破，为探索未知物质世界、发现新的科学规律和实现技术变革提供了前所未有的研究工具。
“我们希望大连光源，一种自由电子激光装置，能够促进我国基础科学研究的发展，促进我国分子科学、化学、能源等学科和技术的进步。”大连化学材料研究所副所长杨院士说。
近几十年来，半导体芯片技术的快速发展主要依靠激光光刻。然而，高强度短波长光源是推动半导体器件向更小尺寸发展的关键。大连光源可提供最小波长为50纳米的极紫外光源，可用于下一代EUV光刻技术的基础研究。
清洁能源和大气的作用机理研究
“能源是制约中国未来发展的最重要因素之一。为了解决中国未来的能源问题，一方面，我们应该更有效地利用现有的能源资源；另一方面，我们也需要开发新的清洁能源。”中国科学院化学物理研究所研究员张维庆表示，要实现这两个重要目标，与能源相关的基础物理和化学研究是一个非常关键和重要的研究领域。
今天，世界90%的能源需求是由燃烧提供的，这带来了大量的污染。科学家需要对燃烧化学的反应机理进行深入研究，为提高燃烧效率和减少污染提供理论支持。提高燃烧效率是燃烧化学的主要研究内容，也是提高能源利用效率和减少环境污染的根本要求。
今年冬天肆虐全国许多地方的烟雾已经成为整个社会的焦点。严重的雾霾天气逐渐从华北蔓延到中国的东部、西北部和中部，给人们的健康带来了极大的危害。现在科学家对霾的成因有了一定的了解，主要是燃烧排放、汽车尾气排放等。然而，在空气体中形成薄雾的过程中，会有光化学反应等。目前，科学家尚未完全了解其形成机制。
利用大连光源有助于科学家研究雾霾。大气中的化学物质与水分子反应形成分子团，分子团在生长过程中吸附大气中的各种污染物，成长为较大的气溶胶粒子，并逐渐成长为霾。利用大连光源极紫外软电离技术，可以研究霾的生长过程，从根本上了解霾的形成机理，为大气污染防治提供科学依据。
戴研究员说，在开发大连光源的同时，科学家们还开发了一系列国际先进的实验站，用于研究与燃烧、大气和清洁能源相关的物理和化学过程，使大连光源综合实验设备成为相关研究领域和世界上独一无二、不可替代的研究平台。
定向发展
用户需求推动项目“开始”
大连光源工程是中国国家自然科学基金通过国家重大仪器资助的第一个项目。
与北京光谱仪、上海光源等大型科学设备不同，大连光源是在科学目标的驱动下发展起来的。由科学家团队(主要是大连化学材料研究所的杨薛明院士)提出，上海化学材料研究所根据科学家团队的需要进行“有针对性的开发”。在过去，这种光源设备基本上是先建造设备，然后寻找用户，看它能为谁的研究服务。
上海市研究所所长赵认为，打破科研院所之间的壁垒，整合科研院所的力量，利用各种科研院所的力量建设大型科研设施，是实现投入产出比最低、效率最高的途径。
中国科学院副院长王恩格对大连光源给予了高度评价:“大连光源是中国科学院乃至我国又一重大科技成果，具有极高的展示性。该装置中90%的仪器设备是由中国自主研发的，这表明中国在这一领域处于世界领先地位，为中国未来开发新一代高重复率紫外自由电子激光器奠定了坚实的基础。”
相关链接
大连光源的“前辈”
合肥光源
1983年4月，中国科技大学国家同步辐射实验室正式立项建设中国第一个专用同步辐射光源——合肥光源。合肥光源建于1989年，发出了中国第一盏“神灯”。利用合肥光源，中国首次完成了月球探测卫星嫦娥一号太阳风离子探测器的标定和测试，并首次获得了X射线全息图像。
上海光源
1999年，“上海光源”项目前期研究工作正式启动，2009年完成并投入运行。“上海光源”实际上相当于一个巨大的“超级显微镜”，可以拍摄微观世界的高清科学照片，如花卉、植物和树木的呼吸过程、人体蛋白质分子活动等。“上海光源”建成后，发光稳定性保持良好，进一步拓宽了中国科学家的探索视野。
