Shanghai Synchrotron Radiation Light Source macht Bilder von Molekülen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Digital World

Hersteller: China Science Expo

Licht ist unser Freund, der uns Tag und Nacht in der modernen Welt begleitet. Welche Lichter kennst du? Sonnenlicht? Licht? Tatsächlich gibt es im Universum noch mehr Lichter und ihre Fähigkeiten gehen über die bloße Beleuchtung der Menschen hinaus.

Heute möchten wir mit Ihnen über die ungewöhnliche Serie fortschrittlicher Lichtquellen in großen wissenschaftlichen Einrichtungen sprechen.

Rot, violett, weich, hart...alle Arten von Licht

Licht ermöglicht es uns, die Welt vor uns zu sehen. Wir wollen weiter sehen, um die Geheimnisse des Weltraums zu erforschen. Wir möchten tiefer blicken, um die innere Struktur des Proteins zu erkennen.

Das Licht, das das menschliche Auge sehen kann, wird als sichtbares Licht bezeichnet. In der großen Familie des Lichts nimmt das sichtbare Licht nur einen kleinen Teil ein. Die Wissenschaft geht davon aus, dass Licht eigentlich eine elektromagnetische Welle ist. Aufgrund unterschiedlicher Frequenzen und Wellenlängen wird es in Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, weiche Röntgenstrahlen, harte Röntgenstrahlen und Gammastrahlen unterteilt.

Mithilfe von Radiowellen können Astronomen weit entfernte, unbekannte Planeten erforschen, mithilfe von Radarmikrowellen können Soldaten Flugzeuge in Hunderten von Kilometern Entfernung sehen und mithilfe von Röntgenstrahlen können Ärzte durch die Knochen und inneren Organe von Patienten sehen.

Daher ist Licht für Wissenschaft und Technik von besonderer Bedeutung. Wie Sie der Weltkarte der Lichtquellen unten entnehmen können, verfügen die wissenschaftlichen und technologischen Mächte der Welt über ein relativ umfassendes System für den Bau unterschiedlicher Arten von Lichtquellenanlagen. Das Gleiche gilt auch für unser Land.

Die helleren Gebiete befinden sich hauptsächlich in Nordamerika, Westeuropa, Ost- und Südasien sowie den Küstenebenen. In Afrika, Ozeanien und Zentralsüdamerika ist die Helligkeit geringer.

Bildnachweis: NASA

Zu den großflächigen Lichtquellen meines Landes zählen derzeit Synchrotronstrahlungsquellen, Freie-Elektronen-Laser sowie ultraintensive und ultrakurze Laser.

Was die geografische Verteilung betrifft, wurden Lichtquellen in Shanghai, Hefei und Dalian errichtet, und die Pekinger Lichtquelle der vierten Generation (Hochenergie-Synchrotronstrahlungslichtquelle, Huairou) befindet sich im Bau, wodurch eine gute Situation für eine koordinierte Anordnung von hochenergetischen, mittelenergetischen und niedrigenergetischen Lichtquellen geschaffen wurde.

Synchrotronstrahlungsquelle zur Aufnahme von Molekülen

Am Morgen des 28. Juni 2021 wurde anlässlich des 100. Jahrestages der Gründung der Kommunistischen Partei Chinas die erste wissenschaftliche Forschungsausrüstung der Hochenergie-Synchrotronstrahlungsquelle (HEPS) installiert, die von der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission gefördert und vom Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften gebaut wurde. Gleichzeitig wurde die Advanced Light Source Technology R&D and Testing Platform (PAPS), die technische F&E- und Testunterstützung bietet, in den Probebetrieb genommen.

Wenn Materie mit Synchrotronstrahlung bestrahlt wird, treten viele verschiedene Effekte auf, die jeweils eng mit den physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Materie selbst zusammenhängen.

Indem wir Materie mithilfe von Synchrotronstrahlung beobachten, können wir die innere Struktur der Materie und die Wechselwirkung zwischen Elektronen in der Materie genau erforschen. Bildlich gesprochen kann Synchrotronstrahlung „Bilder“ von Molekülen machen.

Im Jahr 2009 wurde in Shanghai ein Photonenforschungszentrum von Weltrang errichtet, das die schnelle Entwicklung vieler Disziplinen in meinem Land erheblich förderte, die Durchführung einer großen Zahl von Experimenten in China ermöglichte, die in China zuvor nicht durchgeführt werden konnten, und für viele Disziplinen unverzichtbare experimentelle Bedingungen schuf.

Shanghai Light Source

Bildquelle: Shanghai Synchrotron Radiation Facility

Mithilfe dieser Lichtquelle haben Wissenschaftler eine Reihe wichtiger Ergebnisse erzielt: Sie haben Forschungen zum Ebola-Virus durchgeführt, die Struktur des Vogelgrippevirus H5N1 analysiert, die Struktur von Katalysatoren charakterisiert und Durchbrüche in der Forschung zur effizienten Methanumwandlung erzielt.

Das stärkste Licht der Welt steht in Shanghai, China

Darüber hinaus gelten ultraintensive und ultrakurze Laser als die hellsten Lichtquellen, die der Menschheit bekannt sind. Sie stellen die neueste Entwicklungsgrenze und den wichtigsten Wettbewerbsbereich in der internationalen Lasertechnologie dar und verfügen über eine große wissenschaftliche und technologische Bedeutung sowie einen großen Anwendungswert.

Beispielsweise können ultraintensive und ultrakurze Laser zur Erzeugung von Antimaterie und zum Nachweis dunkler Materie sowie zur Erforschung der Astrophysik und des Ursprungs des Universums usw. eingesetzt werden.

Im Oktober 2017 erreichte die Shanghai Ultrastrong Ultrashort Laser Experiment Facility (SULF) die weltweit erste Laserverstärkungsleistung von 10 Petawatt.

Bildquelle: The Paper

Sie haben möglicherweise keine Ahnung, was 1 Petawatt ist. 1 Petawatt entspricht der 500-fachen Durchschnittsleistung des globalen Stromnetzes. Wenn ein 10-Petawatt-Laser auf 10 Mikrometer fokussiert wird, entspricht die erreichte Lichtintensität dem Zehnfachen der Intensität, die entsteht, wenn man das gesamte Sonnenlicht auf der Erdoberfläche auf ein Haar „bündelt“.

Im November 2019 gelang es ihm, den 12,9-Petawatt-Laser mit der weltweit höchsten Spitzenleistung und Wiederholungsrate auszustoßen, was als fünfter Meilenstein seit der Erfindung des Lasers gefeiert wurde. Das Gerät verwendet einen großformatigen Titan-Saphir-Kristall mit einem Durchmesser von 235 mm, der von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unabhängig entwickelt wurde und derzeit der größte bekannte Laserverstärkungskristall der Welt ist.

Nun, die heutige „Lichtjagdreise“ endet hier. Auch wenn wir hier aufhören, werden die Forschungen der Wissenschaftler auf dem Gebiet der Optik nicht enden. Wir freuen uns auf weitere wissenschaftliche Forschungsergebnisse in der Zukunft, die der Menschheit zugute kommen.