記者從在上海同步輻射光源舉行的軟X射線自由電子激光成果發(fā)布會上獲悉，我國首臺X射線自由電子激光用戶裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置（以下簡稱“SXFEL”）調(diào)試工作連續(xù)取得突破性進(jìn)展，先后在5.6 納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長實現(xiàn)自由電子激光放大出光，實現(xiàn)了“水窗”波段全覆蓋，并在3.5納米實現(xiàn)飽和，輸出峰值功率超過500MW，X射線貫通光束線傳輸?shù)竭_(dá)實驗站。

據(jù)介紹，目前全球已建成的軟X射線自由電子激光裝置僅有德國DESY、意大利FERMI-FEL，以及中國SXFEL。SXFEL在2.0納米波長實現(xiàn)自由電子激光放大出光在國際上尚屬首次，最新進(jìn)展表明我國在軟X射線自由電子激光研制方面已步入國際先進(jìn)行列。

5.6納米（左圖）和2.0納米（右圖）自由電子激光光斑 主辦方供圖

“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段。在此波段內(nèi)，水對X射線是透明的，但其他構(gòu)成生命的重要元素，例如碳和氧等仍會與X射線相互作用，因而水窗波段的X射線可用于活體生物細(xì)胞顯微成像等，具有極其重要的科學(xué)應(yīng)用價值?！霸谒安ǘ?，自由電子激光的峰值亮度比同步輻射高十億倍以上，且同時具備橫向和縱向相干性，能夠為物理、生物、化學(xué)等學(xué)科提供革命性的研究工具?！敝袊こ淘涸菏?、軟X射線自由電子激光用戶裝置首席科學(xué)家趙振堂介紹。SXFEL裝置是我國第一臺X射線相干光源，將與上海同步輻射光源、硬X射線自由電子激光裝置和超強超短激光裝置等一起在浦東張江構(gòu)建具有全球影響力的光子科學(xué)設(shè)施集群和光子科學(xué)研究中心。整個裝置的研制分為試驗裝置和用戶裝置兩個階段進(jìn)行，其最終目標(biāo)是建成波長覆蓋水窗波段的高亮度軟X射線自由電子激光光源，并為首批5個實驗站供光。

“X射線自由電子激光作為最前沿的研究工具之一，在‘探測超小結(jié)構(gòu)，捕獲超快過程，理解復(fù)雜體系’三方面尤為突出。”上海光源科學(xué)中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項目常務(wù)副經(jīng)理劉波介紹，“SXFEL裝置可以為生命科學(xué)中的活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像，材料科學(xué)中非晶材料的本質(zhì)和相變機理，能源科學(xué)中的超快化學(xué)反應(yīng)動態(tài)過程，以及物質(zhì)科學(xué)中超導(dǎo)的電子結(jié)構(gòu)動態(tài)過程等各領(lǐng)域的具體科研工作提供有效手段?！?/p>

上海軟X射線自由電子激光用戶裝置 主辦方供圖

記者了解到，SXFEL裝置包括1臺光陰極注入器驅(qū)動的高性能C波段電子直線加速器、2臺束團壓縮器、2條50米長的波蕩器線、兩條光束線以及5個實驗站。電子束最大能量為1.5GeV，發(fā)射度為1.5μm-rad，峰值流強超過800A，束團電荷量超過500pC。其中，SXFEL試驗裝置已于2020年11月通過國家驗收，SXFEL用戶裝置于2021年1月完成了基于試驗裝置的升級改造和總體集成。SXFEL團隊于3月完成了直線加速器的調(diào)試，目前，經(jīng)過晝夜不停的緊張調(diào)試，自由電子激光已貫通整個光束線并到達(dá)實驗站。

上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授江懷東表示，SXFEL用戶裝置正式開通后，將為進(jìn)一步提高科研精度提供助力。例如，以前只能通過制作細(xì)胞切片對細(xì)胞進(jìn)行“靜態(tài)”觀察，而SXFEL用戶裝置開通后，則能實時動態(tài)地觀察到活細(xì)胞中各個細(xì)胞器的分布情況、功能機制等。據(jù)悉，在目前調(diào)試工作的基礎(chǔ)上，SXFEL團隊正在進(jìn)一步優(yōu)化裝置參數(shù)和性能，將在2021年內(nèi)全面實現(xiàn)裝置性能達(dá)標(biāo)，為我國光子科學(xué)研究和應(yīng)用提供前所未有的高時間分辨率和高空間分辨率的利器。