張江綜合性國家科學(xué)中心又一重大裝置項目——“硬X射線自由電子激光裝置”近期獲批啟動。該項目作為《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》優(yōu)先布局的、國內(nèi)迄今為止投資最大的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目，在國家發(fā)改委、上海市和中科院的共同關(guān)心與支持下，在項目各參建單位的共同努力下，取得了當(dāng)年立項當(dāng)年啟動的階段性成果。上?？萍即髮W(xué)是該項目的法人單位，中科院上海應(yīng)用物理研究所和中科院上海光學(xué)精密機械研究所是項目的共建單位。土建工程由申通集團上海隧道工程軌道交通設(shè)計研究院、華建集團上海建筑設(shè)計研究院有限公司負責(zé)設(shè)計。

　　該裝置建成后，將成為世界上最高效和最先進的自由電子激光用戶裝置之一，為物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等多學(xué)科提供高分辨成像、超快過程探索、先進結(jié)構(gòu)解析等尖端研究手段，形成獨具特色、多學(xué)科交叉的先進科學(xué)研究平臺。同時，張江地區(qū)也將成為集聚同步輻射光源、軟X射線自由電子激光、硬X射線自由電子激光和超強超短激光于同一區(qū)域的國際光子科學(xué)研究高地。

　　科普閱讀

　　什么是自由電子激光？

　　自由電子激光是一種以相對論性電子為介質(zhì)、以相干電磁輻射為發(fā)光原理的大型高技術(shù)裝置。1975年，基于低增益振蕩器工作模式的第一臺自由電子激光裝置，誕生于美國斯坦福大學(xué)。迄今為止，低增益自由電子激光仍然主要在紅外波長范圍。21世紀(jì)以來，基于高增益放大器原理的新型自由電子激光，在技術(shù)上取得了重大突破，自由電子激光已經(jīng)實現(xiàn)了超高亮度硬x射線的出光，并已經(jīng)應(yīng)用于世界最前沿科學(xué)的研究。自由電子激光，具有極其優(yōu)異的特性，包括極高的峰值亮度，比目前最好的第三代同步輻射光源高出8到10個數(shù)量級；超短的脈沖長度，可以達到1飛秒甚至更短；極好的相干性；波長覆蓋范圍廣，而且連續(xù)可調(diào)等。

　　由于性能方面無可替代的優(yōu)勢，自由電子激光被譽為第四代先進光源，是一種探索自然奧秘和發(fā)展高新技術(shù)的最先進研究平臺，極大地有助于解決人類面臨的最迫切問題，比如綠色化學(xué)、醫(yī)藥創(chuàng)新、清潔能源、新材料與信息科技和實驗室天體物理等。迄今為止，世界上所有大型自由電子激光裝置，都建設(shè)在已經(jīng)擁有第三代同步輻射光源的實驗室，從而構(gòu)成了新一代光子科學(xué)中心。

　　軟X射線和硬X射線

　　去年11月，位于中科院上海應(yīng)用物理軟X射線自由電子激光用戶裝置正式開工建設(shè)。軟X射線（光子能量~1kev）有一個重要的波段被稱為“水窗”，是目前唯一可以對生物活體細胞進行無損傷三維全息成像和顯微成像的“第四代光源”，由于成像時間精度達到飛秒級，它拍攝到的不是生物分子“照片”，而是“視頻”。

　　利用波長為1埃的超高亮度、飛秒級超快脈沖和相干特性，硬X射線（光子能量~10kev）自由電子激光為廣泛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域提供了革命性的研究平臺，比如可以高效率地獲得各種材料在原子水平的高清晰度顯微圖像；可探測物質(zhì)飛秒甚至阿秒級的超快速運動；觀察天文學(xué)、等離子科學(xué)和基礎(chǔ)物理的高溫高壓高能量密度條件下的極端現(xiàn)象。（作者：黃海華）