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仪 器 设 备 简 介

  
    本实验室主要的大型实验装置都是自己研制的,由于课题和人员相对较多,大部分实验装置和仪器运行效率较高。有时需要 24 小时连续实验工作。由于分子反应动力学科学研究所用的实验技术涉及到分子束、激光、超高真空、微弱信号测量、超快过程测量、计算技术、等等多方面的新技术,很多实验所需的装置市场上是没有的,要根据需要来自行研制。因此设备和仪器的研制成为科学研究能否创新的重要环节,这个国家重点实验室自成立以来,设计和研制了十多台大型实验装置和设备,也培养出一批掌握上述新技术的人才。在研制大型实验装置方面积累了丰富的经验。

在去五年中实验室新研制的大型仪器:

  1. 实时角分辨光电子 - 离子符合成像仪,该台设备包括了飞秒激光系统和成像系统。在中国科学院仪器研制项目、国家 973 计划及中科院百人计划的大力支持下,在 2000 开始研制该系统。该设备的特点是: ( 1 )飞秒激光重复频率 20Hz ,单脉冲能量较高,可以用于研究强场下的分子电离解离行为,同时较高的重复频率有利于快速采集信号,( 2 ) 把飞秒激光技术、光电子能谱和离子 / 电子成像技术结合起来,实现对反应过渡态或中间体的能量、空间变化及角动量耦合过程的实时测量, 克服以往测量方法只能得到二维甚至一维变化的缺点,( 3 )自行设计的 软件操作方便、具有强大的实时采集、存储和数据处理功能。目前用这套设备开展了强场下气相分子的电离解离动力学研究,以及观测双卤代苯系分子在 S 1 电子激发态相干激发现象。与此同时调试实时成像并获得初步调试结果。

  2. 氢原子里德堡态飞渡时间谱装置,该大型实验装置由两个重要部分,一是装置的主体部分,另一个是激光探测系统。主体是由束源及主真空室两部分组成,束源部分包括两个相对独立室,一个束源是固定的,另一束源则是可转动的。主真空室包括分子反应区以及反应产物探测区,在超高真空状态下工作。这台实验装置在检测技术和功能方面,都有特点,在国际上还不多见。目前该装置已经基本完成,在调试中。

  3. 零动能光电子与离子飞行时间谱仪,这是一台本实验室设计的用于研究分子团簇动力学的仪器, 2002 年完成并用于飞秒和纳秒激光光电离氢键分子团簇的实验研究工作。该仪器用分子束技术产生氢键团簇,经过激光电离后检测离子和电子。研究生张柏林在这台仪器上完成了博士论文实验,发表了多篇文章,并获得中科院院长特别奖。

仪器改造项目:

  1. 激光光电子 / 离子速度成像仪。该装置 1997 年在我室建成投入使用,先后对 CF3I , HN3,H2S,乙硫醇和丙硫醇等分子的光解动力学进行了研究。为使该装置的性能进一步完善,在中国科学院仪器改造项目,国家自然科学基金和 973 项目的支持下,对其进行了改造, 主要包括腔体的改进和更新离子成像探测器。改造后的离子速度成像仪的探测区真空度提高了一个数量级;检测方向由原来的垂直于分子束变成沿分子束方向,平动能速度分辨率得到改善;增加了电子成像功能,实现对光电子能谱和空间角分布的同时测量;更换了较大尺寸的离子成像探测器及高速图像采集系统。经过改造的这套装置成为能够全面收集光解过程中各种信号的信息采集平台。

  2. 飞秒激光及放大系统,这套飞秒激光系统是我室自己研制的,其飞秒脉冲 60 飞秒,由于使用多年,放大系统的 YAG 激光寿命和振荡系统的氩离子激光器的寿命已经到了,能量明显降低。 2003 自筹 70 万元费用,改造了激光系统,用半导体激光器替换了上述两个激光器。

  3. 将微秒时间分辨 FTIR 光谱仪升级为纳秒时间分辨 FTIR 光谱仪。在 2000 年,我们通过中国科学院提供的设备更新费和 973 项目的支持,购置一台 10 纳秒时间分辨的 FTIR 光谱仪,以取代以前使用的微秒时间分辨 FTIR 光谱仪,以提高本室大气、环境中的重要自由基和中间物的动力学研究。这项研究,是我室从 1990 年代开展的工作,观测到了一批自由基反应中间物和确定了一些反应通道,并且获得 了 973 项目的进一步支持。为了提高时间分辨,对更为早期的初生态化学物种和过程进行观测,我们对仪器进行了改造升级。其中最为困难的问题是,时间分辨率的提高,对红外检测器的灵敏度和控制软件的要求也相应增大,这对光谱仪生产厂家也是一个挑战。通过与厂家的多次反复研究和实验,该仪器在 2003 年初开始按预期运行。

新建设备

  1. 计算站 系统有 50 台计算节点、 1 个管理 / 监控 / 登录节点、 1 个存储节点组成,采用 Cisco 千兆交换机网络互连。所有节点都配置了双 Xeon 2.4G CPU ; c0101-c0110 十个节点配置较高,配置了 4G 内存, 15000 转高速硬盘,其余节点均为 1G 内存, 10000 转硬盘。用于动力学理论计算。

  2. 飞秒激光系统一套,并 于 2003 年底建成了生物分子超快动力学实验室。主要进行液相体系中生物分子和与生命过程密切相关的有机大分子中超快动力学过程的实时研究。该实验室拥有美国 Spectra-Physics Laser, Inc. 生产的最新款飞秒激光器 Hurricane-1K 、光参量放大器 OPA-800CF 和相关的配套设施。该激光器具有结构紧凑、稳定性好、易于操作等特点,可以产生单脉冲能量达 1mJ ,脉宽为 100 飞秒的超短激光脉冲。经光参量放大后波长可以在 300 至 3000nm 间任意调节。目前该激光器已经用于叶绿素分子的 S 4 - S 1 态之间的内转换过程等生物分子超快过程的研究,取得了一批重要的实验数据。实验结果表明该过程时间尺度在 70 - 300 飞秒之间,受溶剂性质,以及叶绿素分子与溶剂间氢键和配位能力的影响非常大。

  3. 更新各种激光器 10 套,主要包括 YAG 激光,染料激光,准分子激光。

 

 

 

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