在深圳光明科學(xué)城，一座形似長劍的銀色建筑正蓄勢待發(fā)，靜待“出鞘”。

這就是被央視《新聞聯(lián)播》稱為“超級光劍”的深圳自由電子激光裝置，建成后，這座國之重器將以每秒百萬次脈沖的X射線激光，開啟人類觀測微觀世界的“超清模式”。

深圳自由電子激光裝置全稱叫深圳中能高重復(fù)頻率X射線自由電子激光，是深圳光明科學(xué)城重大科技創(chuàng)新載體，也是全國第一臺由地方主導(dǎo)投資建設(shè)的先進(jìn)光源大科學(xué)裝置，這個裝置是目前全球僅有的3個重復(fù)頻率達(dá)一百萬赫茲的自由電子激光項目。

從2024年7月獲批至今，這個總投資114億元的“科技之劍”已吸引全球頂尖科學(xué)家匯聚，與上海硬X射線裝置形成“雙子星”格局，更與松山湖科學(xué)城攜手構(gòu)建大灣區(qū)創(chuàng)新共同體。

未來，它的每一道光束，都在叩擊著新材料研發(fā)周期減半、生物醫(yī)藥研發(fā)效率躍升的產(chǎn)業(yè)變革之門。

從外觀上看，深圳自由電子激光裝置猶如一把蓄勢待發(fā)的 “超級光劍”。

據(jù)設(shè)計方介紹，建筑設(shè)計靈感源自 “昆吾劍切玉如泥” 的傳說，整體呈竹筍拔節(jié)狀向上生長，屋頂線條恰似寶劍出鞘，將建筑美學(xué)與科研功能完美融合，盡顯科技鋒芒。

該裝置于2024年7月可行性研究報告獲正式批復(fù)，項目總投資114億元，總建筑面積超35萬平方米，規(guī)模宏大。目前各項建設(shè)工作正緊鑼密鼓地推進(jìn)。

它基于直線型超導(dǎo)加速器，是全新一代 X 射線相干光源大科學(xué)裝置。全球僅中國和美國布局建設(shè)該類型裝置，深圳自由電子激光裝置將成為全球三臺高重頻自由電子激光裝置之一，且是唯一一臺優(yōu)勢波段位于極紫外至軟 X 射線波段的同類型裝置。

據(jù)介紹，建設(shè)這樣的大科學(xué)裝置面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，需攻克高重復(fù)頻率、高亮度 X 射線自由電子激光產(chǎn)生的難題，對超導(dǎo)加速器、光束線等關(guān)鍵技術(shù)要求極高。

例如，超導(dǎo)低溫技術(shù)中心需確保超導(dǎo)加速器在極低溫度下穩(wěn)定運行，以實現(xiàn)電子的高速加速；超快激光技術(shù)中心要提供超短脈沖、高能量的激光，用于電子束的調(diào)制。

此外，工程建設(shè)方面，要保證超長跨度、超高精度的建筑施工，滿足裝置對穩(wěn)定性、防震等嚴(yán)格要求，每一個環(huán)節(jié)都不容有失。

作為深圳首個通過國家發(fā)改委“窗口指導(dǎo)”的大科學(xué)裝置，其2024年7月獲批可研報告后，深光院（深圳先進(jìn)光源研究院）迅速組建八大技術(shù)中心，從加速器技術(shù)到超快激光系統(tǒng)，全力攻克超高精度設(shè)備研制與復(fù)雜系統(tǒng)集成難題。

目前裝置初步設(shè)計及概算正在優(yōu)化，預(yù)先研究與實驗條件建設(shè)同步推進(jìn)，這座被列入2025年深圳市重大項目的“科技光劍”，正朝著照亮微觀宇宙的目標(biāo)穩(wěn)步進(jìn)發(fā)。

作為全球僅有的三臺高重頻自由電子激光項目之一，深圳自由電子激光裝置不僅能夠發(fā)出世界上最亮的軟X射線和極紫外光，還將與規(guī)劃中的同步輻射裝置“交相輝映”，為材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域提供革命性的研究手段。

它的建成將極大助力物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新，并為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、匯聚全球頂尖人才提供重要平臺，成為推動粵港澳大灣區(qū)乃至全國科技進(jìn)步的重要力量。

深圳自由電子激光的核心突破在于其時空分辨率的顛覆性提升。傳統(tǒng)同步輻射光源如同照相機，只能捕捉分子靜態(tài)瞬間；而這臺裝置則以每秒百萬次的高頻脈沖，形成亮度超太陽百億倍的極紫外與軟X射線激光束，相當(dāng)于一臺超高速攝影機。它能實時追蹤化學(xué)鍵斷裂、蛋白質(zhì)折疊等原子尺度的飛秒級動態(tài)過程，將微觀研究帶入“分子電影”時代。

獨特波段設(shè)計使其成為不可替代的科研利器。相比上海SHINE聚焦硬X射線，深圳裝置的優(yōu)勢波段（極紫外-軟X射線）對輕元素更為敏感，特別適用于觀測有機分子、生物組織及催化劑表面反應(yīng)。中科院院士楊學(xué)明指出，該裝置將引領(lǐng)新一代信息技術(shù)、生物醫(yī)藥、能源催化等領(lǐng)域的原始創(chuàng)新，為破解“卡脖子”技術(shù)提供全新視角。其光束線站設(shè)計可同時服務(wù)多學(xué)科實驗，如同一座永不落幕的微觀世界“觀測站”。

這把“科技光劍”的鋒芒將賦能產(chǎn)業(yè)前沿。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，它能解析病毒入侵細(xì)胞的瞬間機制，加速靶向藥物設(shè)計；在新材料研發(fā)中，可實時觀察電池充放電過程的離子運動，推動儲能材料突破。

目前，深光院已與多家高新技術(shù)企業(yè)共建聯(lián)合實驗室，在高端科學(xué)儀器、紅外激光3D打印、氫能催化劑等領(lǐng)域開展橫向攻關(guān)，實踐科技成果“沿途下蛋”。

這個裝置的戰(zhàn)略價值更輻射整個大灣區(qū)。作為粵港澳綜合性國家科學(xué)中心的核心設(shè)施，該裝置與東莞散裂中子源形成“雙子星”互補。

據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，它將滿足芯片制造、精準(zhǔn)醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的升級需求，推動大灣區(qū)形成高新技術(shù)集群。南科大同步建設(shè)的材料基因組大科學(xué)裝置，正通過激光3D打印、非晶陶瓷等技術(shù)與深圳“20+8”產(chǎn)業(yè)集群對接，雙裝置協(xié)同有望將新材料研發(fā)周期與成本雙雙減半。

值得一的是，深圳自由電子激光裝置是光明科學(xué)城創(chuàng)新版圖的一塊拼圖。

“十四五”期間，深圳市在光明科學(xué)城這片99平方公里的熱土上，布設(shè)了一系列重大科技創(chuàng)新載體：數(shù)學(xué)科學(xué)軸上，布設(shè)了“鵬城云腦Ⅲ”、國家超級計算深圳中心（二期）等；物質(zhì)科學(xué)軸上，落子了深圳中能高重復(fù)頻率X射線自由電子激光裝置和材料基因組重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、特殊環(huán)境材料器件科學(xué)與應(yīng)用研究設(shè)施；生命科學(xué)軸上，布局了腦解析與腦模擬重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、光明科學(xué)城P3實驗室。

目前，合成生物研究、腦解析與腦模擬、材料基因組三大科學(xué)設(shè)施已建成啟用，其他設(shè)施也正加快建設(shè)。

隨著一系列重大科技創(chuàng)新載體的布局和頂尖人才的不斷涌入，光明科學(xué)城正逐漸成為世界級科學(xué)中心的核心承載區(qū)。通過教育、科技、人才的一體化發(fā)展，光明科學(xué)城不僅匯聚了一批批國內(nèi)外頂尖科學(xué)家，還通過深化跨區(qū)域、跨機構(gòu)、跨學(xué)科的合作，探索出了大灣區(qū)科技自立自強的“光明實踐”。

在通往科技強國的道路上，“深圳光劍”即將出鞘，將以無盡的光芒照亮著中國基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新之路，為粵港澳大灣區(qū)建設(shè)國際科技創(chuàng)新中心提供堅實支撐。