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核聚变最新进展,物理研究院核聚变进展(可控核聚变渐行渐近)

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1、核聚变最新进展:对话段旭如委员:可控核聚变渐行渐近,何种路线商用进程更快?

电影《流浪地球2》里,多处与核聚变相关的情节设定掀起全网热议。现实中,被喻为“人类能源圣杯”的可控核聚变研究捷报频传,但仍处于奔向规模化商用的漫长征途。

要在地球上复制恒星内部反应以获得几乎无限的清洁、安全和廉价聚变能,各国有不同的时间表。但基本共识是,可望在2050年前建成并运行能够发电的DEMO型反应堆(示范堆)。作为我国核能发展“热堆-快堆-聚变堆”三步走战略的最后一步,推进可控核聚变等低碳前沿技术攻关被写入《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。

2022年10月,中国可控核聚变研究再传佳绩。我国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置——中国新一代“人造太阳”(HL-2M)等离子体电流突破100万安培(1兆安),创造了我国可控核聚变装置运行新纪录。HL-2M的下一个重大节点目标是什么?去年以来国际核聚变研发屡获突破,是否意味着聚变能发电已触手可及?不同技术路线之间,哪种装置的商业进程更快?一批核聚变初创企业的涌现,又将对商用发电起到哪些作用?

针对上述热点问题,澎湃新闻近日专访了全国政协委员、中核集团核聚变领域首席专家段旭如。段旭如同时担任国际热核聚变实验堆(ITER)计划科技咨询委员会副主席,该计划在建世界上最大的“人造太阳”,中国是合作承担ITER计划的七方成员之一。

“人造太阳” 里程碑节点的下一步

在太阳核心,极端温度和巨大引力所产生的压力为核聚变反应创造了理想条件。然而,在没有恒星极端引力的情况下,通过核聚变反应堆在地球上重现这种情况会带来诸多技术和工程挑战。其中最大的挑战是将等离子体中的离子温度保持在1亿摄氏度以上,将等离子体约束在一个磁场中并保持足够长的时间,以便发生反应并产生能量。

截至目前,实现并长时间维持核聚变反应仍是重大挑战。唯有开发出一种稳定可靠的核聚变发电方式,才能使之成为商业可行的能源。

中国的磁约束核聚变研究历史,可追溯至上世纪五六十年代。2020年12月建成并实现首次放电的HL-2M装置,表明我国掌握和拥有了大型托卡马克装置的设计、建造、运行经验和技术,具备了开展堆芯级等离子体物理实验的硬件平台,为我国核聚变研究的发展提供更广阔的空间。

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中国新一代“人造太阳”(HL-2M)装置

“HL-2M是当前国内规模最大,参数能力最高的磁约束核聚变实验装置,是我国深度参与国际热核聚变实验堆(ITER)计划的重要研究平台。”段旭如对澎湃新闻表示,去年HL-2M等离子体电流突破100万安培,是我国聚变能研发的一个重要里程碑,标志着我国核聚变研发向聚变点火迈进重要一步。

据悉,等离子体电流强度是托卡马克核聚变装置运行的核心参数,等离子体电流达到100万安培将获得更高的“聚变三乘积”这一综合参数,未来托卡马克聚变堆必须在兆安以上电流下稳定运行。

据段旭如介绍,面向我国聚变大装置高参数运行研究的迫切需求,更好地支撑和衔接ITER实验,将加快释放HL-2M装置能力,充分发挥装置特点和优势,冲击更高等离子体运行参数,逐步将离子温度及聚变装置核心综合参数——“聚变三乘积”提升至堆芯级水平,同时开展与聚变堆相关的偏滤器高热负荷解决方案测试验证。

“围绕上述目标,我们的科研团队正在高参数等离子体控制、大功率辅助加热系统研制、高约束等离子体物理诊断与模拟等方面开展攻关工作。”他向澎湃新闻说道。

国际核聚变“竞速”格局如何,哪种路线更胜一筹?

2022年12月,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室国家点火装置实现了聚变输出能量大于激光输入能量,聚变反应的能量增益(Q)大于1。有别于更为主流的托卡马克装置,该装置是惯性约束聚变装置,利用激光作为驱动源。于是引发网友热议:是否意味着核聚变研发轨迹被改写,或是提速商运进程?

这则刷屏新闻背后,当前全球核聚变研发领域呈现怎样的“竞速”格局?磁约束和惯性约束,究竟哪种技术路线更接近于商用聚变发电的终极目标,业界存有哪些共识和分歧?

“在世界范围内,可控核聚变正进入发展的关键时期。”段旭如介绍说,近期,美国国家点火装置NIF首次实现了聚变输出能量大于输入能量,欧洲联合环JET创造了59兆焦耳聚变能量输出的世界纪录。ITER计划启动后,全球聚变界集中力量攻克聚变堆相关的工程技术,目前该计划已进入主机工程装配阶段,预计在几年后投入运行,国际上首座电站规模的聚变堆即将成为现实。

他对澎湃新闻进一步分析道,为占据未来核聚变能开发应用主动权,在本世纪中叶实现聚变能源应用,近年来,世界各国在核聚变研究领域“竞速”日益加剧,聚变堆核工程与技术已成为国际聚变能研发的新赛道。

具体而言,在我国政府大力支持和科研人员的努力下,我国核聚变技术研究已从跟跑大步跨越到并跑,部分技术甚至实现领跑。2008年以来,我国陆续承担了ITER国际合作计划18个关键部件研制项目的制造任务,贡献比例约占9%,其中70%以上以实物贡献方式(即研发制造ITER装置部件),涵盖了ITER装置的关键部件,由上百家科研院所、企业承担。通过多年探索与攻关,我国在一些聚变堆关键技术与关键材料等方面已经拥有国际先进的研发或生产能力,在服务ITER计划的同时,也带动了这些领域及相关行业的技术升级。

与此同时,欧洲联合环2021年氘氚实验旨在验证氘氚聚变运行控制、第一壁材料和氚处理等关键技术。美国已在积极筹划聚变核科学设施,通过该设施开展装置运行高中子辐照环境下的聚变堆材料部件的性能综合考核。欧盟和日本也计划建造聚变材料辐照设施,弥补聚变示范堆材料辐照考核数据的不足。

面对同样的挑战,业界探索出不同的解决方案。

段旭如对澎湃新闻表示,地球上实现可控核聚变的途径主要为惯性约束和磁约束。惯性约束核聚变研究主要是通过激光或离子束等驱动靶丸形成等离子体,利用等离子体粒子自身惯性,通过内爆被压缩到高温、高密度状态发生核聚变反应。其中进展较大的是激光驱动的核聚变路线。磁约束核聚变研究始于上世纪五十年代,其通过磁场来约束处于极高温下的聚变燃料,将足够多的燃料在极端高温条件下约束足够长时间,由此实现核聚变反应,产生聚变能。半个世纪以来,国际上探索了箍缩、磁镜、仿星器、球马克、托卡马克等众多磁约束核聚变路线。

“当前业界认为,磁约束核聚变技术路线更接近于实现商用聚变发电的终极目标。惯性核聚变方式在技术层面上仍需克服一系列挑战,尤其是激光驱动器相关技术,如需提升电能向激光能量的转换效率,发展高重频激光驱动器等。”他说,相比之下,以托卡马克为代表的磁约束核聚变更为成熟,特别是它能够实现稳态燃烧并持续输出能量,更有利于满足能源应用之需求。“ITER计划的启动标志着磁约束聚变研究由聚变等离子体实验与运行为主走向发展聚变堆核工程与技术。”

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在建中的ITER项目

从技术到市场,资本涌向核聚变

尽管核聚变从技术迈向市场仍需数十年,但在“国家队”之外,越来越多的资本和私营企业正竞相介入这一领域。

“磁约束核聚变是一个庞大的涉核工程,涵盖的技术领域太多,包括电、磁、真空、微波、材料等众多学科,随着聚变研究的不断深入,我国有很多相关技术获得突破,其中最明显的是超导技术。”中国国际核聚变能源计划执行中心主任罗德隆此前接受科技日报采访时表示。

这些突破让中小型核聚变装置建设成为可能。资本闻风而动,希望通过技术革新加速实现商业化。

核聚变工业协会(FIA)去年7月发布的《2022年全球核聚变产业》报告发现,该领域宣布的私人投资额超过47亿美元,加上来自政府的1.17亿美元,总投资额超过48亿美元,较上一年第一份报告的数据增长139%。私人投资增长尤为迅猛,增加了近29亿美元。

“近年来,全球商业资本正加速涌入可控核聚变领域。一批初创企业涌现使得核聚变研究的途径更加多元化。”段旭如对澎湃新闻分析称,有些新概念聚变技术路线目前仍处于部分关键技术攻关阶段而未开展相关实验研究,或尚处于“科学原理性验证”阶段,到聚变能商用仍有较大距离。但这些多元化的技术路线,一定程度上为可控核聚变研究注入了活力,促进了前沿交叉科技与核聚变的融合,同时也将为传统可控核聚变的研究提供一些有价值的参考。

他认为,这类新兴企业的涌现,将对推动人类聚变能商用进程将产生一定的积极影响,同时也有助于加快聚变前沿中间技术的发展。

2、核聚变最新进展,物理研究院核聚变进展

卸任行政职务后,张杰回归物理学家本色。目前,他正致力于激光核聚变快点火研究,希望为人类未来能源问题的解决做出贡献。

“之前任上海交通大学校长和中科院副院长时,我也很快乐。在任何职位上,都要敬畏自己的职业,投入100%甚至200%的精力。”

在刚刚闭幕的未来科学大奖周上,2021未来科学大奖物质科学奖获奖者张杰分享了他的乐观人生和科研进展。他表示,2018年至今,团队已经做了6轮验证实验,通过1万焦耳激光实验证实了激光核聚变快点火方案中分解物理过程的可行性。今年11月底,团队将开始进行第7轮实验。

“磁约束聚变和激光聚变研究都已经走到了‘门槛儿’,即核聚变输出能量已经接近于输入能量。未来的共同目标是要达到聚变输出能量是输入能量的10倍、100倍,当输出能量是输入能量百倍时,就离建立核聚变电站很近了。”张杰说。

核聚变最新进展,物理研究院核聚变进展(可控核聚变渐行渐近)

张杰在未来科学大奖周活动上接受采访。新京报记者 张璐 摄

第一次物理实验和化学实验

2021未来科学大奖9月12日公布获奖名单,主持人在新闻发布会现场连线张杰,宣布了这一喜讯。被问及最想和谁分享喜悦时,张杰说,“当然是我的父母,他们在极其艰难的情况下,培养了我对科学的热爱和对生活的乐观。”

1958年1月,张杰生于山西省太原市。他8个月大时,父母前往内蒙古支边。

张杰的父亲是个勤奋好学的人,他跟小张杰说,“咱们来一起帮你妈妈,改善一点儿家里的经济状况。”父亲的乐观让张杰的童年记忆并不全是生活的不易,还有探索知识的乐趣。

当时,内蒙古有一种“懒”鸡,下的蛋个头大,但经常隔几天才下一个。父亲和小张杰商量,要改良鸡的品种。在父亲的引导下,张杰看了很多书,了解了保温、加热等知识后,决定先从改善孵化条件入手,尝试用家里的土炕孵鸡蛋。

为了使保温箱保持恒温37.8℃,父子动手用双金属片做了一个恒温器,测试了双金属片的温度特性。一旦温度超过40℃,金属片就会弹开,并接通电扇将热空气排出。然而实验做了20多天,一只小鸡也没孵出来。

父亲说,咱们得知道哪个环节出了问题,于是父子二人把鸡蛋一个个打开看。“实验虽然失败了,但我在过程中学到了很多。”后来张杰意识到,这是他人生中的第一个物理实验,他学会了如何设计实验、测试数据、分析数据,更关键的是如何对待失败。

孵小鸡失败后,父亲又带着小张杰生产盐酸。家里没有实验器材,他们就将鱼缸放满水,将家里220V的交流电整流变压,转化成直流电电解水中的氯化钠,收集氯气和氢气,然后通过玻璃喷嘴混合燃烧后用水冷却。家里的橡皮气球、废旧日光灯管也成了二人的实验工具。

这个实验仍然没有成功,实验的后果还有点严重——家里所有的铁器都被氯气腐蚀生锈。但这也成了张杰的科学启蒙,点燃了他对科学的热爱。

用淘汰镀膜机做成真空靶室

1989年1月,张杰在中科院物理所取得博士学位后前往欧洲进行X射线激光的研究。10年间,他先后在德国马普量子光学研究所和英国著名的卢瑟福实验室工作,科研成果丰硕,他所在的团队在X射线激光领域和快点火激光聚变领域的研究中走到了世界最前沿。

激光是人类最伟大的发明之一,但由于激光波长在可见波段,其应用受到局限。多年来,科学家们有一个梦想,希望激光波长可以深入X射线波段。“如果在2.2纳米-4.4纳米(水窗波段)实现X射线激光,就有可能对生命过程做出深入解析,解开生命之谜。”

1989年到1995年,张杰所在团队不断产生更短波长的X射线激光,1993年到1995年,团队保持着世界上最短波长的饱和X射线激光纪录——5.8纳米,做到了“水窗”的边缘。“后来我们意识到,当时的生命科学还没有达到运用‘水窗’X射线激光解开生命之谜的阶段,所以团队将研究方面转向快点火激光聚变领域。”张杰说。

1998年,在时任国家自然科学基金委主任张存浩的感召下,张杰回到祖国,回到中科院物理研究所,组建起自己的研究团队。他回忆说,彼时,我国科研条件相对落后,科研经费申请的周期很长。求贤若渴的张存浩和几位副主任商议,动用了主任基金,为张杰凑了100万元科研启动经费。

“当时为了节约研究经费,我们经常去物理所的废品仓库,找大家淘汰退库的仪器设备。”张杰说,当时他在库房中找到了一个镀膜机,并用它做成了真空靶室,用于实验。

张杰没有辜负“伯乐”的期待,回国不久后,他的团队就研制出国内第一台太瓦级(万亿瓦级)飞秒激光装置——“极光一号”,此后的不少实验正是用这台激光器做出来的。

物理学家与未来能源

此次未来科学大奖的颁奖词中提到,物质科学奖奖励张杰通过调控强激光与物质相互作用,产生精确可控的超短脉冲快电子束,并将其应用于实现激光核聚变的快点火研究。“物理学家有责任解决人类社会面临的最具有挑战的问题。”张杰如此“解读”他的研究项目。

随着全球变暖,找到可以替代化石能源的未来能源迫在眉睫。聚变能,就是未来的清洁、高效、安全的终极能源之一。聚变能是氢的两个同位素——氘和氚发生融合反应所释放出的巨大能量。海水中蕴藏着大约40万亿吨氘,一升水能够提炼0.03克的氘,其发生聚变反应释放的能量相当于燃烧300升汽油。1立方公里海水中的氘氚聚变反应所释放出的能量,就相当于全球石油储量燃烧的能量。因此,聚变能原料几乎取之不尽,用之不竭。

目前,对受控核聚变的研究主要分为两类,其中之一就是惯性约束核聚变(激光核聚变),其利用高能量、高强度的激光对聚变材料,如氘、氚进行加热,实现可控的核聚变用以获得巨大的能量。

“激光核聚变快点火方案中有一个非常重要的物理过程,需要使用超短脉冲的高能电子束携带能量到高密度等离子体中实现点火。”早在1997年,张杰就提出了双锥对撞点火的新型激光聚变方案雏形。“快速点火方案将燃料点火与压缩分开,使这两个过程可以独立优化,同时避免不稳定性。从理论上说,这个方案有优越性,但真正通过实验证实这个方案是非常难的。”张杰说,过去20年间,他和团队为此做了很多预备性的实验和理论研究。

真正的大能量验证实验始于2018年。在我国自主研制的大型激光装置——神光二号升级激光装置上,2018年至今,张杰团队已经做了6轮验证实验,通过1万焦耳激光实验证实了该方案中分解物理过程的可行性。“有些实验结果甚至比我们最开始的理论设想还要好。”张杰说。

“杰哥”校长

中国科学院院士、德国科学院院士、第三世界科学院院士、英国皇家工程院外籍院士、美国科学院外籍院士……除了“五院院士”头衔,张杰还有一个为学子津津乐道的身份——“杰哥”校长。

2006年-2017年,张杰任上海交通大学校长。在开学典礼或毕业典礼上,他经常真情流露、妙语连珠,这些演讲视频在网上被称为“演讲教材”。

张杰讲了这样一个小插曲,一位美国名校校长来上海交通大学访问,他本来觉得自己在本校人气很高,到了中国才发现,校园中每个学生都认识张杰,他们主动和校长打招呼,亲切称校长为“杰哥”。

回国后,这位校长和美国其他校长们说,中国年轻的大学校长群体在崛起,他们的平均年龄比我们小10岁到15岁,离科研第一线非常近,所以在大学的科研发展方向上把握得很准。同时,这群大学校长风趣幽默,在中国的大学生中很有影响力。

张杰任校长的10年间,上海交大建立了以制度激励为核心的现代大学治理体系,确立了“三位一体”的人才培养理念,构建了“基础学科拔尖人才”和“平台式宽口径教育”的创新人才培养体系。在最能体现学校创新能力的自然科学基金申请数和经费额度、SCI论文数等方面,均高居全国大学榜首。

张杰清楚记得,刚到任时他率团出访一所世界一流大学遭受冷遇,2016年他再度率团访问这所学校时,校长清空所有日程,花了整个上午聆听上海交大十年来的发展经验。

“尽管我是物理学家,但我在做大学校长期间,把自己的专业变成了高等教育,用100%甚至200%的精力去做强学校。”张杰认为,任校长期间还花很多时间做自己的科研是不对的。“我任校长期间也写论文,但主要都是高等教育的论文。”

■对话张杰

核聚变作为人类社会的能源已经不远

在接受新京报记者采访时,张杰表示,研究团队在2020年正要验证一个关键的物理过程时,碰上了新冠**。经过各方努力,在**得到初步控制时,团队完成了非常少有的、完全由团队老师完成的实验。目前,团队已经完成6轮验证实验, 2026年之前,团队将完成一共18轮验证实验。

研究型思维会给生活带来无穷快乐

新京报:你是如何对物理产生兴趣的?

张杰:我小时候,父母经常带着我做各种各样的东西,我的好奇心很强,常问“为什么”。如果了解其背后物理原理,我会感到非常快乐。

比如小时候看妈妈煮饺子,锅一旦开始沸腾,要点3-4次凉水,饺子才能煮成。为什么要点凉水?后来我意识到,煮饺子主要是要将饺子馅煮熟,水无论沸腾程度如何,其实温度都是100℃,对于饺子馅来说,温度的供给是一样的,但是水如果沸腾得太厉害,就会给饺子很大的动能,这样带着很大动能的饺子互相碰撞,饺子内部还有大量加热后产生的气体,在高压的状态下就很容易碰破。而加入些许凉水可以让水的沸腾程度降低,饺子的动能变小,饺子就可以很完整地被煮熟。

后来我给学生讲课时也常说,研究型思维会给你的生活带来无穷的快乐。

新京报:求学期间有什么难忘的故事?

张杰:我上中学时,由于英语老师缺乏,无法开英语课。有一次母亲偶然发现有广播电台播放英语,我就把哥哥小时候做的收音机修好,听着广播学英语。

英语广播早上6点开始,晚上11点还有一次。青少年时期的孩子总也睡不够,我经常听着听着就睡着了,这时母亲会把我摇醒,要求我继续学习。1978年初,我作为正式恢复高考后的第一届大学生走入大学校园,我忽然发现,在同班同学当中,我的英语是最好的,还在全校英语竞赛中拿了第一名。

大学教育应是成年人教育,培养正确思维方式

新京报:你任职上海交大校长时被学生称为“杰哥”。你如何看待教育工作者和学生的相处之道?

张杰:我发自内心地喜欢和欣赏青年学生。我2006年开始在上海交大任校长,2007年4月的BBS晚会,我现场发表了即兴讲演。学生们很嗨,跟我握手,也正是从那时候起叫我“杰哥”。我认为这反映了学生们的期待,他们希望的校长不是一个高高在上训导式的父辈或领导,他们更需要的兄长和朋辈的平视与陪伴,以及对他们正确思维方式的培养。

中国大学的老师喜欢把大学生当作自己的孩子,我说这其实是不对的。学生们在大学接受的教育应该是成年人的教育、全人教育,大学是他们进入社会前的最后一站。学生在学校里会经历很多不同的事情,其实应该鼓励他们去探索,即使在大学时代遇到一些挫折,也可能是他们一生的财富。

我也经常主动去参加同学的活动,因为校园文化应该是学生和老师共同创造的文化。比如我做校长期间,将原来的学生运动会和教工运动会合并,做成类似于嘉年华的运动会,入场式可以展示科技成果、文化品牌等。

我一直认为,研究型大学教育的本质并不在于要给学生教授多少知识,也不在于教学生去思考什么,最重要的是要培养学生正确的思维方式,让他们形成正确的三观,成为对社会建设发挥更重要作用的“全人”。

新京报:除了科研工作,你平时有什么爱好?

张杰:我喜欢体育运动,至今仍保持运动习惯。现在我每两天跑一次步,跑8公里。除此之外,我还做一些体能训练。

我喜欢读书,除了科学类书籍,我还喜欢读文学和艺术类书籍。另外,我也喜欢古典音乐。

全球激光聚变研究中,中国处于领先位置

新京报:点火在核聚变中起到什么作用?我国的激光聚变研究在国际上处于什么位置?

张杰:形象地说,核聚变就是要在地球上造一个“小太阳”。地球上几乎所有能源都来自太阳的能量,太阳中心发生着剧烈的核聚变反应,释放能量的效率非常高,核聚变的效率比化石能源的效率高了1000万倍。

要想在地球上造一个“小太阳”,最重要的有两方面,一是极高的温度,以使氘氚原子核发生量子隧穿的概率变大;二是极高的密度,以使聚变反应可以实现自持燃烧。目前利用激光内爆,已经可以产生极高的密度,但要把温度提到这么高非常难。过去十多年间,激光聚变的主要研究的重点就是在于提高高度压缩燃料的温度。

快点火研究需要产生性能可控的超短脉冲高能电子束,使其定向沉积在高密度的氘、氚燃料中,迅速提高压缩燃料的温度,触发聚变反应。当聚变反应产生的能量大于输入能量的话,就叫做点火。

全世界的激光聚变研究中,美国和中国是最领先的两个国家。今年8月,在美国的国家点火装置(NIF)上的实验中,核聚变反应输出能量已经达到了3/4的能量平衡点。

新京报:之前有说法是“实现核聚变永远还有50年”。从目前的研究来看,未来人类需要多久能用上核聚变发电?

张杰:现在可以负责任地说,不管是磁约束聚变还是激光核聚变研究,都已经走到门槛儿了。门槛儿的意思就是输出能量已经接近于输入能量,未来的共同目标是要达到输出能量为输入能量的10倍、100倍。

如果达到100倍的话,离核聚变电站就很近了。我觉得在时间上可以用“十年”为单位来计数了,比如十年、二十年的时间,核聚变作为人类社会能源的明天即将到来。

2026年前还将开展12轮点火验证实验

新京报:你之前提到,去年的新冠**对快点火研究产生了影响,你们是如何克服的?

张杰:我们的团队从2018年开始实验,2020年正要验证一个关键的物理过程时,碰上了新冠**。我们使用的神光二号升级激光装置是全国最大的激光装置之一,像足球场那么大,平常用户排得非常满,而我们的第四轮实验时间恰好遇到了新冠**。为了不浪费实验机会,在全国**得到初步控制的二月底,上海光机所经过层层报批,恢复了激光装置的运行,我们实验团队终于在3月初得以进场实验。

但当时所有学生都不能到校,也不能到研究所,所以这是非常少有的、完全由团队老师完成的实验。由于实验规模非常大,需要几十台设备同时工作,我们人手不够还从光机所借了几位老师帮忙操作。大家都戴着口罩做实验,像医生一样。科学研究没有任何捷径,想取得任何突破,都需要付出真正的努力。

目前,我们已经做了6轮验证实验,今年11月底,团队将开始进行第7轮实验。2026年之前,我们将完成一共18轮验证实验。

新京报:你研究的超短脉冲快电子束还可应用于实现超高时空分辨高能电子衍射成像,能简单科普一下这项研究吗?

张杰:物理学家的责任之一就是探索自然界中最不可思议的奥秘。除了用于激光核聚变研究以外,性能精确可控的高能电子束还可以作为探针,用于物质微观结构的探测。从2002年起,我们开始将精确可控的电子束应用于超高时空分辨的电子衍射的研究。这项研究是要回答物质微观结构中原子尺度的时间特性和空间特性是什么。

我们希望用超短脉冲高能电子束探测物质微观结构上原子随时间的快速变化过程,这就需要我们具备观测原子尺度时空变化的能力,需要在空间做到10-10米(百亿分之一米)的空间分辨率,时间方面,要做到好于10-13秒(十万亿分之一秒)。

经过十几年时间的努力,我们已经在空间分辨率上实现了希望达到的目标,在时间分辨能力方面,我们也已经达到了5×10-14秒,比世界纪录好了两倍。

用这台世界上最先进的超高时空分辨的高能电子衍射和成像装置,可以观察到很多以前完全不可能进行研究的超快现象。

新京报记者 张璐

编辑 白爽 校对 李立军

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