第四十五章 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SXFEL。”

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XFEL，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：“XFEL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XFEL，这样的问题就能得到解决。”

“以目前规模最大的欧洲XFEL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XFEL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，XFEL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，XFEL在材料、能源、生命科学等方面都会发挥极大作用。

如果说1990-2010是半导体和互联网推进人类文明。

那2010-2050，就是XFEL推动下一步。

看到刘牧很有兴趣，周峰松了口气，继续道：“XFEL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0.01nm到10nm之间，

不同波长范围的X射线叫法不同，波长在0.01nm～0.1nm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。

XFEL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。

为了保证光线的连续性，脉冲间隔的时间越短越好。

目前，科学家实现的最短间隔为80阿托秒。

阿托秒是一种时间单位，1个单位等于10的-18次方秒。

这数字可能不够直观，1阿秒之于1秒，如同1秒之于317.1亿年。

刘牧听得津津有味，问道：“周老师，那什么又是相干性呢？”

周峰很高兴，也很欣慰。

果然，像刘牧这种天赋异禀的科技小天才，必然对高精尖科技有着天然的兴趣和开发欲望，原本，他看到千里目科技发展迅速，钞票哗啦啦进来，年轻人会迷失自我，沉浸在万恶金钱之中，白白浪费了天赋。

古今中外，多少天才俊杰被钱所毁？牛顿老大爷都在股市亏钱了。

周峰笑道：“首先，我们需要了解电磁波，电磁波是能量的一种，凡是高于绝对零度的物体，都会释出电磁波。光也是一种电磁波，除了可见光之外，不可见的无线电波、微波、红外线以及X射线都是。”

“电磁波为横波。电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直，振幅沿传播方向的垂直方向作周期性变化……”

刘牧连连点头，我一定要想办法加入X射线自由电子装置。

周峰心道，就跟游戏小男孩看到配置超高的游戏机一样，这小子天生就是攀爬世界科技树的料，幸亏，及时把他从万恶的金钱商业中拽了出来。

与推动世界科技进步相比，其他都是渣渣。