大科學(xué)裝置作為城市創(chuàng)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，位于浦東新區(qū)的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施X射線自由電子激光試驗裝置項目，日前通過國家驗收。

X射線自由電子激光試驗裝置由中國科學(xué)院和教育部共同建設(shè)，中科院上海應(yīng)用物理研究所為法人單位，北京大學(xué)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(xiàn)多種先進(jìn)運行模式的自由電子激光放大器組成。

為分子“拍電影”

X射線自由電子激光試驗裝置項目經(jīng)過5年半的緊張建設(shè)和精細(xì)調(diào)試，高質(zhì)量地建成了我國首臺X射線波段自由電子激光試驗裝置；并成功地研制了射頻超導(dǎo)加速單元。

目前，全球建成的X射線自由電子激光裝置僅有8臺，其它7臺分別位于德國（兩臺）、美國、日本、韓國、意大利和瑞士。以X射線自由電子激光試驗裝置為基礎(chǔ)，建設(shè)的我國首臺X射線波段自由電子激光用戶裝置，將為我國開展能源、材料、生物等領(lǐng)域科學(xué)前沿問題的探索提供強(qiáng)有力的工具；同時，也為我國繼續(xù)開展自由電子激光新原理的探索和驗證、關(guān)鍵技術(shù)的研究提供了不可替代的實驗平臺。

對于探索微觀世界而言，光源的質(zhì)量至關(guān)重要。數(shù)十年來，同步輻射光源已經(jīng)歷了三代的發(fā)展。外形酷似鸚鵡螺的上海光源，就是全球最先進(jìn)的第三代同步輻射光源之一，也成為物理、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等眾多科學(xué)領(lǐng)域中基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的一種不可或缺的先進(jìn)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，那么X射線自由電子激光就能為分子“拍電影”。也就是說，第三代光源只能讓人看到微觀世界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而X射線自由電子激光試驗裝置則能記錄下微觀世界物質(zhì)的動態(tài)過程。

與人類生活息息相關(guān)的很多物理和化學(xué)過程，本質(zhì)上都是原子和分子過程。以往，科學(xué)家只能通過靜態(tài)的圖像推測原子和分子的運動；有了X射線自由電子激光試驗裝置這樣的超級高速攝影機(jī)，科學(xué)家就能夠觀測到更加精細(xì)的動態(tài)變化。

自主研制關(guān)鍵核心設(shè)備

國家驗收委員會專家認(rèn)為，X射線自由電子激光試驗裝置的建設(shè)隊伍通過自主研制和國內(nèi)外合作，實現(xiàn)了集成創(chuàng)新和原始創(chuàng)新，有力地推動了我國自由電子激光領(lǐng)域的發(fā)展，實現(xiàn)了重大的突破，同時為硬X射線自由電子激光裝置的建設(shè)提供了技術(shù)和人才儲備。

在建設(shè)過程中，項目自主研制了一系列關(guān)鍵核心設(shè)備，其中C波段加速單元的平均運行梯度達(dá)到了國際同類裝置最高水平，條帶型束流位置測量系統(tǒng)的分辨率達(dá)到國際先進(jìn)水平；發(fā)展了腔式束流位置探測器和基于偏轉(zhuǎn)腔的束團(tuán)相空間測量以及XFEL脈沖重構(gòu)系統(tǒng)，達(dá)到國際先進(jìn)水平；同時實現(xiàn)了超導(dǎo)腔研制的全國產(chǎn)化，垂直測試加速梯度和無載品質(zhì)因數(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。基于高精度、多維度束流測量和反饋技術(shù)，實現(xiàn)了高穩(wěn)定、高品質(zhì)的電子束團(tuán)和FEL輻射產(chǎn)生；在調(diào)試過程中，首創(chuàng)了EEHG-HGHG混合級聯(lián)型的自由電子激光先進(jìn)運行模式，輻射帶寬和中心波長穩(wěn)定性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)級聯(lián)。

記者獲悉，X射線自由電子激光試驗裝置位于浦東張江，將與上海光源、國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施、上海超強(qiáng)超短激光裝置等組成張江綜合性國家科學(xué)中心大科學(xué)設(shè)施集群的核心，成為我國光子科學(xué)研究的國之重器。X射線自由電子激光裝置外形狹長，似一柄光劍?！胞W鵡螺+光劍”的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，發(fā)出的光將照亮微觀世界，也照亮人類探索物質(zhì)奧秘的科學(xué)之路。