今天凌晨，我国首台X射线自由电子激光用户装置——上海软X射线自由电子激光装置建设取得突破性进展，实现2.0纳米波长自由电子激光放大出光。这一进展表明我国在软X射线自由电子激光研制方面已步入国际先进行列。

今年3月至今，该团队以国际少有的速度相继实现了5.6纳米、3.5纳米、2.4纳米和2.0纳米自由电子激光放大出光，实现了“水窗”波段全覆盖，X射线贯通光束线到达实验站。

【可用于活体生物细胞显微成像】

所谓“水窗”，是指波长在2.3纳米到4.4纳米范围的软X射线波段，在此波段内，尽管水对X射线是透明的，但其他构成生命的重要元素，例如碳和氧等仍会与X射线相互作用，因而“水窗”波段的X射线可用于活体生物细胞显微成像等，具有极其重要的科学应用价值。

X射线是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁辐射，其波长很短，大约介于0.01-100埃之间。激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。

能否把X射线和激光的优点结合起来？这就是X射线自由电子激光。由于其具有超快时间分辨率、超高空间分辨率、超强峰值亮度，因此可以探测超小结构、捕获超快过程和理解复杂体系，实现拍摄“分子照片”到“分子电影”的跨越。在“水窗”波段，自由电子激光的峰值亮度比同步辐射高十亿倍以上，能够为生命科学、材料科学、能源科学和物质科学等提供革命性的研究工具。

【实现“水窗”波段全覆盖】

“目前全世界已有的软X射线自由电子激光装置一共有3台，分别在中国上海、德国汉堡和意大利的里雅斯特，我们是最早实现‘水窗'波段全覆盖的。”上海软X射线自由电子激光装置项目常务副经理刘波说。

上海软X射线自由电子激光装置总长532米，位于上海光源的北侧。上海软X射线自由电子激光装置包括1台光阴极注入器驱动的高性能C波段电子直线加速器、2台束团压缩器、2条50米长的波荡器线、两条光束线以及5个实验站。

直线加速器隧道 中科院上海高等研究院提供

波荡器 黄海华摄

整个装置的研制分为试验装置和用户装置两个阶段，其最终目标是建成波长覆盖“水窗”波段的高亮度软X射线自由电子激光光源，并为首批5个实验站供光。试验装置已于2020年11月通过国家验收，用户装置于2021年1月完成了基于试验装置的升级改造和总体集成。

【今年年底将为用户实验研究供光】

“今年年底，活细胞结构与功能成像线站将建成，上海软X射线自由电子激光装置将为用户实验研究供光，这将会是一个里程碑事件。”中国工程院院士、上海软X射线自由电子激光用户装置首席科学家赵振堂说。

据介绍，经过昼夜不停的紧张调试，自由电子激光已贯通整个光束线并到达实验站。在目前调试工作的基础上，该团队正在进一步优化装置参数和性能，将在年内全面实现装置性能达标。

建成后的上海软X射线自由电子激光用户装置将与上海同步辐射光源、上海硬X射线自由电子激光装置和超强超短激光装置等在张江构建具有全球影响力的光子科学设施集群，为我国光子科学研究和应用提供前所未有的利器。

栏目主编：黄海华 文字编辑：黄海华 题图来源：中科院上海高等研究院

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