历时一年半，我国首台第四代光源———X射线自由电子激光试验装置已结束土建和公用设施工程，即将进行设备安装，并计划于今年年底调束出光，2018年正式投入使用。昨天从中科院上海应用物理研究所获悉，这个自由电子激光设施与同步辐射光源形成的组合，将极大地提升我国科学家洞悉物质内部结构的能力。
外形宛如鹦鹉螺的上海光源旁，新一代光源———X射线自由电子激光装置正在建设。
中科院上海应用物理研究所所长赵振堂介绍，作为新一代光源，X射线自由电子激光的峰值亮度比第三代同步辐射光源高10亿-100亿倍;脉冲长度可达到飞秒量级(1秒的1000万亿分之一)，比第三代同步辐射光快1000倍;而且，它的相干性更好，“由于其光脉冲极短，它可以为分子拍电影，而第三代光源只能为分子拍照片。”
X射线自由电子激光的出现，为物理、化学、生物、材料等学科前沿研究开辟了全新的领域，成为实现科学突破与技术创新的研究利器。
迄今为止，利用这种新一代光源，人类已解决了多项重大科学难题，如实现了对原子样本上单个电子的操控，并从内到外将电子逐个剥离，开辟了非线性X射线科学的新时代;实现了化学反应中对化学键断裂和成键过程的实时观测;实现了决定布氏锥虫(导致非洲昏睡病)存亡的关键酶的蛋白晶体结构解析;成功解析了视紫红质与阻遏蛋白复合物的晶体结构等。
上海X射线自由电子激光装置与“鹦鹉螺”上海光源，最近处只相隔几十米。其实，“同步辐射光源+X射线自由电子激光”，正是光子科学平台发展的最新方向，目前全球已有6个这样的组合，分别位于德国、美国、日本、韩国、瑞士和意大利。而在张江，这一光源组合正在崛起。赵振堂说，第三、第四代光源共同组建的大科学平台，能够为科学家提供更先进、丰富的综合实验手段。
正在建设中的新一代光源是试验装置、用户装置与活细胞研究平台的集成。该所自由电子激光部主任王东介绍，新光源的建筑总长550米左右，试验装置长300米。刚竣工的加速器隧道，宽约6米，未来可并行安放两台直线加速器。
“这是一个软X射线自由电子激光装置，将在生物、化学、材料等领域发挥重大作用。”他说，在此基础上，还可以建设硬X射线自由电子激光。
赵振堂表示，等到硬X射线波段自由电子激光装置建成，我国的光源组合将与美国、德国和日本等并驾齐驱。
得益于上海光源积累下的人才、技术，以及与企业的紧密合作，新一代光源的关键设备绝大部分在国内制造。王东介绍，即将安装的加速器、波荡器，除了速调管还需进口外，其他主要部件都实现了国产化。
据悉，在试验装置后端，250米长的波荡器大厅和实验大厅也将投入建设。在实验大厅，自由电子激光将被分成不同的光束，满足不同科学实验的需求。
在建的软X射线自由电子激光会覆盖两个重要波段：“水窗”(波长2.3-4.4纳米)和“磁窗”(波长1-2纳米)。在“水窗”波段，可以在很好的对比度下观测活体细胞和生物样品，进而对生物活体细胞进行三维全息成像和显微成像———这是生命科学研究中前所未有的装备。而在“磁窗”波段，存在大量磁性材料原子共振吸收边，对研究超快物理、化学过程、大容量磁光存储器件具有重要作用。 |
