为分子“拍照片”的上海同步辐射光源

出品：科普中国

作者：数字世界

监制：中国科普博览

光，现代世界中日夜陪伴我们的朋友。你知道的光有哪些？太阳光？灯光？其实宇宙中存在的光可不止这些，而它们的能力也远不止是为人类照明而已。

今天，我们想和大家聊聊大科学装置中的不寻常的系列先进光源。

红的、紫的、软的、硬的……各种光

光让我们看见眼前的大千世界，我们希望看得更远去探索外太空的奥秘，我们希望看得更深，去看清蛋白质的内部结构。

人眼能看到感觉看到的光叫可见光，在光的大家族里，可见光只占一小部分。科学认为，光其实是一种电磁波，因为频率和波长的不同，分为无线电波、微波、红外、可见光、紫外、软X射线、硬X射线和伽马射线。

借助无线电波，天文学家可以探索遥远的未知星球，借助雷达的微波，士兵可以看到几百千米外的飞机，借助X射线医生可以透视病人的骨骼和内脏。

由此说来，光对于科技显得尤为重要，大家从下面这幅世界光源地图中可以看出，世界科技强国在不同类型光源设施建设方面都有较完整的布局。我国亦是如此。

亮度较大的地区主要位于北美地区、西欧地区、亚洲东部及南部地区及其沿海平原地区，非洲、大洋洲、南美洲中部亮度较小。

图片来源：NASA

目前，我国的大型光源既包括同步辐射光源、自由电子激光，也包括超强超短激光。

从地域分布上，已建成了包括上海、合肥、大连以及正在建设的第四代北京光源（高能同步辐射光源，怀柔），已形成高能、中能、低能光源协同布局的良好局面。

为分子“拍照片”的同步辐射光源

2021年6月28日上午，在中国共产党百年华诞来临之际，由国家发展改革委立项支持、中国科学院高能物理研究所承担建设的高能同步辐射光源（HEPS）首台科研设备安装，为其提供技术研发与测试支撑能力的先进光源技术研发与测试平台（PAPS）同期转入试运行。

当同步辐射光源照射在物质上时，会产生许多不同的效应，每一种效应皆与物质本身的物理或化学特性有密切关联。

因此，利用同步辐射光源观察物质，可准确地探究物质的内部结构及物质内电子间的交互作用，形象地说，同步辐射光源能为分子“拍照片”。

2009年，上海一座世界一流的光子科学中心建成，显著推动了我国多个学科的快速发展，使一大批以往在国内无法开展的实验得以在国内进行，为众多学科提供了不可或缺的实验条件。

上海光源

图片来源：上海同步辐射光源

科学家依托该光源取得了一批重大成果：开展埃博拉病毒研究，解析H5N1禽流感病毒结构，对催化剂结构进行表征，在甲烷高效转化研究中取得突破。

世界最强光在中国上海

另外，超强超短激光被认为是人类已知的最亮光源，是国际激光科技的最新发展前沿和竞争重点领域，具有重大科技意义与应用价值。

比如，超强超短激光可用于产生反物质和探测暗物质，研究天体物理和宇宙起源等。

2017年10月，上海超强超短激光实验装置（SULF）在世界上首次实现了10拍瓦激光放大输出。

图片来源：澎湃新闻

大家对1拍瓦可能没有概念，1拍瓦相当于全球电网平均功率的500倍，10拍瓦激光如果聚焦到10微米，达到的光强就相当于将照在地球表面的太阳光全部“聚”到一根头发丝上的10倍。

2019年11月，成功输出国际最高峰值功率重频12.9拍瓦激光，被誉为激光器发明以来第五个里程碑。装置采用的直径235毫米大尺寸钛宝石晶体，由中国科学院自主研发，是目前已知国际最大口径的激光放大晶体。

好啦，今天的“追光之旅”就到这里啦，虽然我们在这里止步，但是科学家在光学领域的探索不会止步，期待未来能有更多科研成果出现造福人类。