我國(guó)首臺(tái)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(shè)，取得重大進(jìn)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(jìn)展，先后在5.6 納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長(zhǎng)，實(shí)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(guó)在軟X射線自由電子激光研制方面已步入國(guó)際先進(jìn)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(zhǎng)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(duì)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(huì)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)胞顯微成像等重大前沿課題的研究，具有極其重要的科學(xué)應(yīng)用價(jià)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(guó)科學(xué)院上海高等研究院黨委書記、上海光源科學(xué)中心主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置首席科學(xué)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(shí)具備橫向和縱向相干性，能夠?yàn)槲锢?、生物、化學(xué)等學(xué)科提供革命性的研究工具。

作為我國(guó)第一臺(tái)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(qiáng)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(xué)設(shè)施集群和光子科學(xué)研究中心。

▲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(xiàng)目常務(wù)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(fù)責(zé)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(xué)中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項(xiàng)目常務(wù)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(zhǎng)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(yàn)裝置、上海軟X射線自由電子激光用戶裝置、活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程三個(gè)項(xiàng)目支撐，分為試驗(yàn)裝置和用戶裝置兩個(gè)階段進(jìn)行。最終目標(biāo)是建成波長(zhǎng)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(gè)實(shí)驗(yàn)站供光。

其中，試驗(yàn)裝置已于2020年11月通過國(guó)家驗(yàn)收；隨后基于試驗(yàn)裝置進(jìn)行了升級(jí)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(tái)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(gè)實(shí)驗(yàn)站。

▲團(tuán)隊(duì)人員在上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）控制室里進(jìn)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(tuán)隊(duì)已于2021年3月底完成直線加速器的調(diào)試，隨后相繼實(shí)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(gè)光束線，并到達(dá)實(shí)驗(yàn)站。其中，3.5納米波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)飽和，輸出峰值功率超過500MW，率先達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。

團(tuán)隊(duì)正進(jìn)一步優(yōu)化裝置參數(shù)和性能，計(jì)劃在今年內(nèi)全面實(shí)現(xiàn)裝置性能達(dá)標(biāo)，為我國(guó)基礎(chǔ)前沿和應(yīng)用科學(xué)研究提供前所未有的“利器”。