歷時(shí)一年半，我國(guó)首臺(tái)第四代光源———X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置已結(jié)束土建和公用設(shè)施工程，即將進(jìn)行設(shè)備安裝，并計(jì)劃于今年年底調(diào)束出光，2018年正式投入使用。昨天從中科院上海應(yīng)用物理研究所獲悉，這個(gè)自由電子激光設(shè)施與同步輻射光源形成的組合，將極大地提升我國(guó)科學(xué)家洞悉物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力。
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(shè)。
中科院上海應(yīng)用物理研究所所長(zhǎng)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(zhǎng)度可達(dá)到飛秒量級(jí)(1秒的1000萬(wàn)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(xiàn)，為物理、化學(xué)、生物、材料等學(xué)科前沿研究開辟了全新的領(lǐng)域，成為實(shí)現(xiàn)科學(xué)突破與技術(shù)創(chuàng)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(xiàng)重大科學(xué)難題，如實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子樣本上單個(gè)電子的操控，并從內(nèi)到外將電子逐個(gè)剝離，開辟了非線性X射線科學(xué)的新時(shí)代;實(shí)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)中對(duì)化學(xué)鍵斷裂和成鍵過程的實(shí)時(shí)觀測(cè);實(shí)現(xiàn)了決定布氏錐蟲(導(dǎo)致非洲昏睡病)存亡的關(guān)鍵酶的蛋白晶體結(jié)構(gòu)解析;成功解析了視紫紅質(zhì)與阻遏蛋白復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)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(shí)，“同步輻射光源+X射線自由電子激光”，正是光子科學(xué)平臺(tái)發(fā)展的最新方向，目前全球已有6個(gè)這樣的組合，分別位于德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、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(xué)平臺(tái)，能夠?yàn)榭茖W(xué)家提供更先進(jìn)、豐富的綜合實(shí)驗(yàn)手段。
正在建設(shè)中的新一代光源是試驗(yàn)裝置、用戶裝置與活細(xì)胞研究平臺(tái)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(zhǎng)550米左右，試驗(yàn)裝置長(zhǎng)300米。剛竣工的加速器隧道，寬約6米，未來(lái)可并行安放兩臺(tái)直線加速器。
“這是一個(gè)軟X射線自由電子激光裝置，將在生物、化學(xué)、材料等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。”他說，在此基礎(chǔ)上，還可以建設(shè)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(guó)的光源組合將與美國(guó)、德國(guó)和日本等并駕齊驅(qū)。
得益于上海光源積累下的人才、技術(shù)，以及與企業(yè)的緊密合作，新一代光源的關(guān)鍵設(shè)備絕大部分在國(guó)內(nèi)制造。王東介紹，即將安裝的加速器、波蕩器，除了速調(diào)管還需進(jìn)口外，其他主要部件都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。
據(jù)悉，在試驗(yàn)裝置后端，250米長(zhǎng)的波蕩器大廳和實(shí)驗(yàn)大廳也將投入建設(shè)。在實(shí)驗(yàn)大廳，自由電子激光將被分成不同的光束，滿足不同科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求。
在建的軟X射線自由電子激光會(huì)覆蓋兩個(gè)重要波段：“水窗”(波長(zhǎng)2.3-4.4納米)和“磁窗”(波長(zhǎng)1-2納米)。在“水窗”波段，可以在很好的對(duì)比度下觀測(cè)活體細(xì)胞和生物樣品，進(jìn)而對(duì)生物活體細(xì)胞進(jìn)行三維全息成像和顯微成像———這是生命科學(xué)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(duì)研究超快物理、化學(xué)過程、大容量磁光存儲(chǔ)器件具有重要作用。 |
