能為分子「拍電影」!X射線自由電子雷射試驗裝置項目通過國家驗收

新民晚報訊（記者 郜陽）大科學裝置作為城市創新能力的重要組成，也是未來科技競爭的重要支撐。記者獲悉，位於浦東新區的國家重大科技基礎設施X射線自由電子雷射試驗裝置項目，日前通過國家驗收。

X射線自由電子雷射試驗裝置由中國科學院和教育部共同建設，中科院上海應用物理研究所為法人單位，北京大學為共建單位。裝置主體由一臺8億4千萬電子伏特的高性能電子直線加速器和一臺可以實現多種先進運行模式的自由電子雷射放大器組成。

為分子「拍電影」

X射線自由電子雷射試驗裝置項目經過5年半的緊張建設和精細調試，高質量地建成了我國首臺X射線波段自由電子雷射試驗裝置；並成功地研製了射頻超導加速單元。

目前，全球建成的X射線自由電子雷射裝置僅有8臺，其它7臺分別位於德國（兩臺）、美國、日本、韓國、義大利和瑞士。以X射線自由電子雷射試驗裝置為基礎，建設的我國首臺X射線波段自由電子雷射用戶裝置，將為我國開展能源、材料、生物等領域科學前沿問題的探索提供強有力的工具；同時，也為我國繼續開展自由電子雷射新原理的探索和驗證、關鍵技術的研究提供了不可替代的實驗平臺。

對於探索微觀世界而言，光源的質量至關重要。數十年來，同步輻射光源已經歷了三代的發展。外形酷似鸚鵡螺的上海光源，就是全球最先進的第三代同步輻射光源之一，也成為物理、化學、材料、醫學、生命科學等眾多科學領域中基礎研究和應用研究的一種不可或缺的先進研究手段。

不過，受原理限制，第三代同步輻射光源也存在一些缺點。如果說它是為分子「拍照」的話，那麼X射線自由電子雷射就能為分子「拍電影」。也就是說，第三代光源只能讓人看到微觀世界物質的結構，而X射線自由電子雷射試驗裝置則能記錄下微觀世界物質的動態過程。

與人類生活息息相關的很多物理和化學過程，本質上都是原子和分子過程。以往，科學家只能通過靜態的圖像推測原子和分子的運動；有了X射線自由電子雷射試驗裝置這樣的超級高速攝影機，科學家就能夠觀測到更加精細的動態變化。

自主研製關鍵核心設備

國家驗收委員會專家認為，X射線自由電子雷射試驗裝置的建設隊伍通過自主研製和國內外合作，實現了集成創新和原始創新，有力地推動了我國自由電子雷射領域的發展，實現了重大的突破，同時為硬X射線自由電子雷射裝置的建設提供了技術和人才儲備。

在建設過程中，項目自主研製了一系列關鍵核心設備，其中C波段加速單元的平均運行梯度達到了國際同類裝置最高水平，條帶型束流位置測量系統的解析度達到國際先進水平；發展了腔式束流位置探測器和基於偏轉腔的束團相空間測量以及XFEL脈衝重構系統，達到國際先進水平；同時實現了超導腔研製的全國產化，垂直測試加速梯度和無載品質因數達到國際先進水平。基於高精度、多維度束流測量和反饋技術，實現了高穩定、高品質的電子束團和FEL輻射產生；在調試過程中，首創了EEHG-HGHG混合級聯型的自由電子雷射先進運行模式，輻射帶寬和中心波長穩定性顯著優於傳統級聯。

記者獲悉，X射線自由電子雷射試驗裝置位於浦東張江，將與上海光源、國家蛋白質科學研究（上海）設施、上海超強超短雷射裝置等組成張江綜合性國家科學中心大科學設施集群的核心，成為我國光子科學研究的國之重器。X射線自由電子雷射裝置外形狹長，似一柄光劍。「鸚鵡螺+光劍」的強強聯手，發出的光將照亮微觀世界，也照亮人類探索物質奧秘的科學之路。