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直線加速器隧道  黃辛攝

近日，我國首臺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（簡稱SXFEL）調試工作連續取得突破性進展，先后在5.6納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長實現自由電子激光放大出光，實現了“水窗”波段全覆蓋；并在3.5納米實現飽和，輸出峰值功率超過500兆瓦，X射線貫通光束線傳輸到達實驗站。這一進展表明我國在軟X射線自由電子激光研制方面已步入國際先進行列。

該項目裝置首席科學家、中國工程院院士趙振堂告訴《中國科學報》，“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段，在此波段內，水對X射線是透明的，但其他構成生命的重要元素，例如碳和氧等仍會與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胞顯微成像等，具有極其重要的科學應用價值。他進一步解釋說，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，且同時具備橫向和縱向相干性，能夠為物理、生物、化學等學科提供革命性的研究工具。

據介紹，SXFEL裝置是我國第一臺X射線相干光源，將與上海同步輻射光源、硬X射線自由電子激光裝置和超強超短激光裝置等一起，在浦東張江構建具有全球影響力的光子科學設施集群和光子科學研究中心。

上海光源中心副主任、上海軟X射線自由電子激光裝置項目常務副經理劉波說，整個裝置的研制分為試驗裝置和用戶裝置兩個階段進行，其最終目標是建成波長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個實驗站供光。SXFEL試驗裝置已于2020年11月通過國家驗收，SXFEL用戶裝置于2021年1月完成了基于試驗裝置的升級改造和總體集成。SXFEL裝置包括1臺光陰極注入器驅動的高性能C波段電子直線加速器、2臺束團壓縮器、2條50米長的波蕩器線、兩條光束線以及5個實驗站，總長度約300米。電子束最大能量為1.5吉電子伏特，發射度為1.5微米弧度，峰值流強超過800安培，束團電荷量超過500皮庫。SXFEL團隊于3月完成了直線加速器的調試，之后以國際少有的速度相繼實現了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，輸出性能優異。同時，經過晝夜不停的緊張調試，自由電子激光已貫通整個光束線到達實驗站。

劉波表示，在目前調試工作的基礎上，SXFEL團隊正在進一步優化裝置參數和性能，將在年內全面實現裝置性能達標，為我國光子科學研究和應用提供前所未有的利器。