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（SXFEL）建設，取得重大進展。

近日，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）在調(diào)試工作中，連續(xù)取得突破性進展，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，完成了“水窗”波段全覆蓋。這表明我國在軟X射線自由電子激光研制方面已步入國際先進行列。

▲上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）的直線加速器隧道。新華社記者 張建松 攝

“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胞顯微成像等重大前沿課題的研究，具有極其重要的科學應用價值。

▲上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）的波蕩器隧道。新華社記者 張建松攝

中國科學院上海高等研究院黨委書記、上海光源科學中心主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置首席科學家趙振堂院士表示，在“水窗”波段，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、化學等學科提供革命性的研究工具。

作為我國第一臺X射線相干光源，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）將與上海同步輻射光源（SSRF）、上海硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）和上海超強超短激光裝置（SULF）等一起，在浦東張江構(gòu)建具有全球影響力的光子大科學設施集群和光子科學研究中心。

▲上海光源科學中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項目常務副經(jīng)理劉波（右）和軟X射線自由電子激光用戶裝置直線分總體負責人張猛（左），在波蕩器大廳商量工作。 新華社記者 張建松 攝

據(jù)上海光源科學中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項目常務副經(jīng)理劉波介紹，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）總長532米，位于上海同步輻射光源（SSRF）的北側(cè)。其研制由X射線自由電子激光試驗裝置、上海軟X射線自由電子激光用戶裝置、活細胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程三個項目支撐，分為試驗裝置和用戶裝置兩個階段進行。最終目標是建成波長覆蓋“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。

其中，試驗裝置已于2020年11月通過國家驗收；隨后基于試驗裝置進行了升級改造和總體集成，現(xiàn)上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）包括：1臺高性能C波段電子直線加速器、2條波蕩器線、2條光束線和5個實驗站。

▲團隊人員在上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）控制室里進行自由電子激光調(diào)試。新華社記者 張建松 攝

目前，經(jīng)過晝夜不停的緊張工作，裝置團隊已于2021年3月底完成直線加速器的調(diào)試，隨后相繼實現(xiàn)了5.6納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米自由電子激光的出光放大，輸出性能優(yōu)異；自由電子激光已貫通整個光束線，并到達實驗站。其中，3.5納米波長實現(xiàn)飽和，輸出峰值功率超過500MW，率先達到了設計指標。

團隊正進一步優(yōu)化裝置參數(shù)和性能，計劃在今年內(nèi)全面實現(xiàn)裝置性能達標，為我國基礎(chǔ)前沿和應用科學研究提供前所未有的“利器”。