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深海余烬 > 学霸的科技荣耀 > 第45章 软X射线自由电子装置SXFEL

第45章 软X射线自由电子装置SXFEL

孙文龙很急。

周峰也很急,他本来一直犹豫,心中的想法也坚定下来。

他决定找刘牧好好的谈一谈,这是大事,也得慎重呀。

正因如此,周峰一直很犹豫,总觉得会极大改变刘牧的人生轨迹。

他决定之后,倒是松了口气,等刘牧回到了学校,开车带着他在学校门口的路上绕了一圈又一圈,说:“小牧,这下面就是我们江海sxfe。”

刘牧心头一震,自从进行仪器设备升级之后,就发现小流的隐藏功能,等级检测,慕沙公司的电磁辐射检测仪是二级高等,示波器是二级中等。

光刻机是三级初等到高等。

按照小流的说明,刘牧猜测光刻机并非那么难,而是全供应链太长,需要太多公司合作,导致制造出来很困难。

唯一能突破三级的设备,就是x射线自由电子激光装置。

还特意查阅了目前世界上的资料。

目前国内在建只有两台。

其一,深城中能x射线自由电子激光装置,深城大科学装置建设极其重要一环,由科学院院士、南科大理学院院长杨明博士主持,预计2026年建成投用。

而,江海软x射线自由电子激光装置早在2015年就破土动工。

海外,美国已于2009年建成了世界上第一台硬x射线自由电子激光装置,升级加强版预计将在明年建成使用。

欧洲也在2017年启用了目前全球最大的xfe,项目涉及11个国家。

让这么多国家趋之若鹜的x射线自由电子激光装置究竟有何魔力

周峰说道:“xfe就相当于是人类在微观世界的高速摄像机”

“20世纪,人类学会了利用x射线,人类的认知得以穿透物质,进入到内部世界。但是,想要再深入微观世界,比如了解电子的运动状态,对光源的要求更高,人类目前观测到的只是一团混沌的轨迹。”

怕刘牧不明白,他继续解释:“小牧,三体看过吧在三体中,三体人通过智子来破坏人类的高速加速器运行,从而阻止人类对物质深层的研究,众多科学家也失意而终。有了xfe,这样的问题就能得到解决。”

“以目前规模最大的欧洲xfe为例,其每秒可以发射每秒可发射多达27000个脉冲。也就是说,每秒可以捕获2万多张画面。

凭借这样的精度,人类对电子等微观高速物体的观测将取得长足进步。此前,欧洲研究人员就已经利用欧洲xfe观测了单个原子的运动,这会为控制原子或分子中的电子的运动铺平道路,并加深对基础物理的理解。”

刘牧早就对这比光刻机还要高级、突破三级上限的装置感兴趣,搜集了很多资料阅读,xfe还能研究蛋白质,破解细胞传导的难题;捕捉化学反应的瞬间,解释反应机理。

除了生物和医学,xfe在材料、能源、生命科学等方面都会发挥极大作用。

如果说19902010是半导体和互联网推进人类文明。

那20102050,就是xfe推动下一步。

看到刘牧很有兴趣,周峰松了口气,继续道:“xfe有两个要素:x射线和自由电子激光。x射线其实就是x光,或者叫伦琴射线、伦琴光,x射线本质是一种波长极短、能量很大的电磁波,波长范围在001n到10n之间,不同波长范围的x射线叫法不同,波长在001n01n的叫做硬x射线,波长略大被称作软x射线。”

“产生x射线的最简单方法是用加速后的电子撞击金属靶。撞击过程中,电子突然减速,损失的动能就会以光子形式放出。高强度的x射线还可由同步加速器或自由电子激光产生。”

接下来,周峰又详细讲解自由电子的概念。

自由电子激光的概念在1971年就已经提了出来,与传统激光使用固体、气体、液体以及半导体作为工作介质不同,它使用自由电子作为媒介,名称也由此而来。

自由电子是不被约束在某一个原子内部的电子。

这种电子在受到外电场或外磁场的作用时,能够在物质中或真空中运动。

正常情况下,电子受原子核的引力影响,围绕原子核作轨道运动。这一运动速度虽然很快,但远未达到脱离引力的程度。

自由电子的产生有两种。

当两个不同原子核互相靠近,并在周围具有一定条件的情况下,核外电子运动速度加快,使其容易被引力更强的原子核吸引,脱离原来的原子核形成自由电子。

除了两个原子相互作用,外界因素影响比如升温,也可以制造自由电子。

温度升高,电子的运动能力增加,速度加快,有时会达到脱离原子核引力的速度,随后形成自由电子。

目前在自由电子激光装置中,科学家用加速器实现电子加速。

自由电子激光实质上是一种利用自由电子为媒介的电磁辐射。

小牧,你改进了电磁辐射检测仪,对电磁辐射应该很了解。

这种辐射由于消耗了加速器的能量,一开始科学家对此很不喜欢,但后来,科学家发现同步辐射是具有从远红外到x光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源,可以用来开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。

xfe天生不凡,性能出众。

x射线自由电子激光在亮度、光脉冲和相干性上表现得都更好。

光脉冲就是光源按着一定时间间隔时断时续的发光。

比如,在使用手电筒时,不停的打开或关闭手电筒,那么光线也就会变的断断续续。

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