【大国重器零距离】60皮秒！这架“超级快门相机”有点牛

来源：光明网2024-06-07 08:56

　　世界上已知最小的鸟——蜂鸟，每秒可以拍打翅膀80次。如此快速的运动，我们肉眼只能捕捉到模糊的动作。

　　闪电的放电过程更是只有不到万分之一秒，必须使用专业的高速相机才能记录下这个过程。而当时间尺度进一步缩小到1纳秒，即十亿分之一秒的时候，光也只能传播0.3米。

　　对于这类时间尺度下发生的超快过程，我们需要怎么去定格那一瞬间呢？

　　X射线单脉冲超快成像技术就是这样一类用于捕捉样品内部超快运动过程的探测技术，它在材料冲击动力学、高速流体动力学等研究领域都具有非常重要的应用前景。

　　日前，“十二五”国家重大科技基础设施建设项目——上海光源线站工程顺利通过国家验收，16条新线站实现了多个“国际首次”。其中的快速X光成像线站，国际首次在中能同步辐射装置上实现了X射线单脉冲成像能力，拍摄下了纳秒脉冲激光在水中烧蚀的形成空穴化气泡的皮秒级瞬间。而1皮秒等于一万亿分之一秒。

　　上海光源快速X光成像线站运行负责人李可介绍，该线站的科学目标是对超快瞬态的过程进行成像。比如发动机喷嘴处的高速燃油喷雾、3D打印中激光增材制造过程等。

　　“越快的过程就需要越强的光，以及越高的拍摄的帧率去捕捉它。目前，我们是全世界中能同步辐射光源中，首次实现了60皮秒的单脉冲X光超快成像。也就是说，哪怕有很多个纳秒的曝光时间，其中也只有60个皮秒是有光的。这种很短的脉冲就跟我们拍照时使用闪光灯一样，把这个超快的运动过程定格住。”李可说。（注：1纳秒=1000皮秒）

　　据悉，快速X光成像线站是一条硬X射线能量段、实现从毫秒到亚百皮秒时间分辨和微米级空间分辨成像的光束线站。特别的是，研制成功的超快成像探测器可一次拍摄双幅单脉冲成像图像，由此，科研人员可以观察到样品在两个时刻上不同的结构变化。“而且我们还可以根据用户的需求替换不同的相机，实现不同的实验目的。”李可说道。