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      歷時一年半,我國首臺第四代光源———X射線自由電子激光試驗裝置已結束土建和公用設施工程,即將進行設備安裝,并計劃于今年年底調束出光,2018年正式投入使用。昨天從中科院上海應用物理研究所獲悉,這個自由電子激光設施與同步輻射光源形成的組合,將極大地提升我國科學家洞悉物質內部結構的能力。

      

    我國首臺X射線自由電子激光裝置將在年底調束出光

      外形宛如鸚鵡螺的上海光源旁,新一代光源———X射線自由電子激光裝置正在建設。

      中科院上海應用物理研究所所長趙振堂介紹,作為新一代光源,X射線自由電子激光的峰值亮度比第三代同步輻射光源高10億-100億倍;脈沖長度可達到飛秒量級(1秒的1000萬億分之一),比第三代同步輻射光快1000倍;而且,它的相干性更好,“由于其光脈沖極短,它可以為分子拍電影,而第三代光源只能為分子拍照片。”

      X射線自由電子激光的出現,為物理、化學、生物、材料等學科前沿研究開辟了全新的領域,成為實現科學突破與技術創新的研究利器。

      迄今為止,利用這種新一代光源,人類已解決了多項重大科學難題,如實現了對原子樣本上單個電子的操控,并從內到外將電子逐個剝離,開辟了非線性X射線科學的新時代;實現了化學反應中對化學鍵斷裂和成鍵過程的實時觀測;實現了決定布氏錐蟲(導致非洲昏睡病)存亡的關鍵酶的蛋白晶體結構解析;成功解析了視紫紅質與阻遏蛋白復合物的晶體結構等。

      上海X射線自由電子激光裝置與“鸚鵡螺”上海光源,最近處只相隔幾十米。其實,“同步輻射光源+X射線自由電子激光”,正是光子科學平臺發展的最新方向,目前全球已有6個這樣的組合,分別位于德國、美國、日本、韓國、瑞士和意大利。而在張江,這一光源組合正在崛起。趙振堂說,第三、第四代光源共同組建的大科學平臺,能夠為科學家提供更先進、豐富的綜合實驗手段。

      正在建設中的新一代光源是試驗裝置、用戶裝置與活細胞研究平臺的集成。該所自由電子激光部主任王東介紹,新光源的建筑總長550米左右,試驗裝置長300米。剛竣工的加速器隧道,寬約6米,未來可并行安放兩臺直線加速器。

      “這是一個軟X射線自由電子激光裝置,將在生物、化學、材料等領域發揮重大作用。”他說,在此基礎上,還可以建設硬X射線自由電子激光。

      趙振堂表示,等到硬X射線波段自由電子激光裝置建成,我國的光源組合將與美國、德國和日本等并駕齊驅。

      得益于上海光源積累下的人才、技術,以及與企業的緊密合作,新一代光源的關鍵設備絕大部分在國內制造。王東介紹,即將安裝的加速器、波蕩器,除了速調管還需進口外,其他主要部件都實現了國產化。

      據悉,在試驗裝置后端,250米長的波蕩器大廳和實驗大廳也將投入建設。在實驗大廳,自由電子激光將被分成不同的光束,滿足不同科學實驗的需求。

      在建的軟X射線自由電子激光會覆蓋兩個重要波段:“水窗”(波長2.3-4.4納米)和“磁窗”(波長1-2納米)。在“水窗”波段,可以在很好的對比度下觀測活體細胞和生物樣品,進而對生物活體細胞進行三維全息成像和顯微成像———這是生命科學研究中前所未有的裝備。而在“磁窗”波段,存在大量磁性材料原子共振吸收邊,對研究超快物理、化學過程、大容量磁光存儲器件具有重要作用。

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