第四十五章 軟X射線自由電子裝置SXFEL

孫文龍很急。

周峰也很急，他本來一直猶豫，心中的想法也堅定下來。

他決定找劉牧好好的談一談，這是大事，也得慎重呀。

正因如此，周峰一直很猶豫，總覺得會極大改變劉牧的人生軌跡。

他決定之後，倒是鬆了口氣，等劉牧回到了學校，開車帶着他在學校門口的路上繞了一圈又一圈，說：「小牧，這下面就是我們江海SXFEL。」

劉牧心頭一震，自從進行儀器設備升級之後，就發現小流的隱藏功能，等級檢測，慕沙公司的電磁輻射檢測儀是二級高等，示波器是二級中等。

光刻機是三級初等到高等。

按照小流的說明，劉牧猜測光刻機並非那麼難，而是全供應鏈太長，需要太多公司合作，導致製造出來很困難。

唯一能突破三級的設備，就是X射線自由電子激光裝置。

還特意查閱了目前世界上的資料。

目前國內在建只有兩台。

其一，深城中能X射線自由電子激光裝置，深城大科學裝置建設極其重要一環，由科學院院士、南科大理學院院長楊明博士主持，預計2026年建成投用。

而，江海軟X射線自由電子激光裝置早在2015年就破土動工。

海外，美國已於2009年建成了世界上第一台硬X射線自由電子激光裝置，升級加強版預計將在明年建成使用。

歐洲也在2017年啟用了目前全球最大的XFEL，項目涉及11個國家。

讓這麼多國家趨之若鶩的X射線自由電子激光裝置究竟有何魔力?

周峰說道：「XFEL就相當於是人類在微觀世界的高速攝像機!」

「20世紀，人類學會了利用X射線，人類的認知得以穿透物質，進入到內部世界。但是，想要再深入微觀世界，比如了解電子的運動狀態，對光源的要求更高，人類目前觀測到的只是一團混沌的軌跡。」

怕劉牧不明白，他繼續解釋：「小牧，《三體》看過吧？在《三體》中，三體人通過智子來破壞人類的高速加速器運行，從而阻止人類對物質深層的研究，眾多科學家也失意而終。有了XFEL，這樣的問題就能得到解決。」

「以目前規模最大的歐洲XFEL為例，其每秒可以發射每秒可發射多達27000個脈衝。也就是說，每秒可以捕獲2萬多張畫面。

憑藉這樣的精度，人類對電子等微觀高速物體的觀測將取得長足進步。此前，歐洲研究人員就已經利用歐洲XFEL觀測了單個原子的運動，這會為控制原子或分子中的電子的運動鋪平道路，並加深對基礎物理的理解。」

劉牧早就對這比光刻機還要高級、突破三級上限的裝置感興趣，搜集了很多資料閱讀，XFEL還能研究蛋白質，破解細胞傳導的難題；捕捉化學反應的瞬間，解釋反應機理。

除了生物和醫學，XFEL在材料、能源、生命科學等方面都會發揮極大作用。

如果說1990-2010是半導體和互聯網推進人類文明。

那2010-2050，就是XFEL推動下一步。

看到劉牧很有興趣，周峰鬆了口氣，繼續道：「XFEL有兩個要素：X射線和自由電子激光。X射線其實就是X光，或者叫倫琴射線、倫琴光，X射線本質是一種波長極短、能量很大的電磁波，波長範圍在0.01nm到10nm之間，

不同波長範圍的X射線叫法不同，波長在0.01nm～0.1nm的叫做硬X射線，波長略大被稱作軟X射線。」

「產生X射線的最簡單方法是用加速后的電子撞擊金屬靶。撞擊過程中，電子突然減速，損失的動能就會以光子形式放出。高強度的X射線還可由同步加速器或自由電子激光產生。」

接下來，周峰又詳細講解自由電子的概念。

自由電子激光的概念在1971年就已經提了出來，與傳統激光使用固體、氣體、液體以及半導體作為工作介質不同，它使用自由電子作為媒介，名稱也由此而來。

自由電子是不被約束在某一個原子內部的電子。

這種電子在受到外電場或外磁場的作用時，能夠在物質中或真空中運動。

正常情況下，電子受原子核的引力影響，圍繞原子核作軌道運動。這一運動速度雖然很快，但遠未達到脫離引力的程度。

自由電子的產生有兩種。

當兩個不同原子核互相靠近，並在周圍具有一定條件的情況下，核外電子運動速度加快，使其容易被引力更強的原子核吸引，脫離原來的原子核形成自由電子。

除了兩個原子相互作用，外界因素影響比如升溫，也可以製造自由電子。

溫度升高，電子的運動能力增加，速度加快，有時會達到脫離原子核引力的速度，隨後形成自由電子。

目前在自由電子激光裝置中，科學家用加速器實現電子加速。

自由電子激光實質上是一種利用自由電子為媒介的電磁輻射。

小牧，你改進了電磁輻射檢測儀，對電磁輻射應該很了解。

這種輻射由於消耗了加速器的能量，一開始科學家對此很不喜歡，但後來，科學家發現同步輻射是具有從遠紅外到X光範圍內的連續光譜、高強度、高度准直、高度極化、特性可精確控制等優異性能的脈衝光源，可以用來開展其它光源無法實現的許多前沿科學技術研究。

XFEL天生不凡，性能出眾。

X射線自由電子激光在亮度、光脈衝和相干性上表現得都更好。

光脈衝就是光源按著一定時間間隔時斷時續的發光。

比如，在使用手電筒時，不停的打開或關閉手電筒，那麼光線也就會變的斷斷續續。

為了保證光線的連續性，脈衝間隔的時間越短越好。

目前，科學家實現的最短間隔為80阿托秒。

阿托秒是一種時間單位，1個單位等於10的-18次方秒。

這數字可能不夠直觀，1阿秒之於1秒，如同1秒之於317.1億年。

劉牧聽得津津有味，問道：「周老師，那什麼又是相干性呢？」

周峰很高興，也很欣慰。

果然，像劉牧這種天賦異稟的科技小天才，必然對高精尖科技有着天然的興趣和開發慾望，原本，他看到千里目科技發展迅速，鈔票嘩啦啦進來，年輕人會迷失自我，沉浸在萬惡金錢之中，白白浪費了天賦。

古今中外，多少天才俊傑被錢所毀？牛頓老大爺都在股市虧錢了。

周峰笑道：「首先，我們需要了解電磁波，電磁波是能量的一種，凡是高於絕對零度的物體，都會釋出電磁波。光也是一種電磁波，除了可見光之外，不可見的無線電波、微波、紅外線以及X射線都是。」

「電磁波為橫波。電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直，振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性變化……」

劉牧連連點頭，我一定要想辦法加入X射線自由電子裝置。

周峰心道，就跟遊戲小男孩看到配置超高的遊戲機一樣，這小子天生就是攀爬世界科技樹的料，幸虧，及時把他從萬惡的金錢商業中拽了出來。

與推動世界科技進步相比，其他都是渣渣。