基于先進(jìn)加速器的光子大科學(xué)裝置是探索微觀世界最先進(jìn)的工具之一，用它可以給分子拍攝“照片”。而X射線自由電子激光作為最新一代的光子大科學(xué)裝置，還可將微觀世界快速變化的過程拍攝成分子“電影”。

軟X射線自由電子激光中控室調(diào)試現(xiàn)場 受訪者供圖

過去一年來，一群研制微觀世界“攝像機(jī)”的人——中科院上海高等研究院軟X射線自由電子激光攻關(guān)青年團(tuán)隊(duì)，屢創(chuàng)佳績，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了自由電子激光混合級聯(lián)放大輸出；提出并驗(yàn)證了相干能量調(diào)制的自放大；實(shí)現(xiàn)了2納米飽和出光，建成國際上首個(gè)“水窗”波段全覆蓋的軟X射線自由電子激光裝置……

5月3日，這支由中國工程院院士、上海光源中心主任趙振堂帶領(lǐng)的青年團(tuán)隊(duì)，憑借在軟X射線自由電子激光領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)獲得第26屆中國青年五四獎(jiǎng)?wù)拢�集體），可謂實(shí)至名歸。

“軟X射線自由電子激光是目前最先進(jìn)的X射線光源之一，它的研制和調(diào)試面臨巨大挑戰(zhàn)。”該團(tuán)隊(duì)骨干成員、中科院上海高等研究院研究員馮超對《中國科學(xué)報(bào)》說，“去年5月，我們成功實(shí)現(xiàn)了最短波長為2納米的自由電子激光出光放大，之后科學(xué)家采用此光源實(shí)現(xiàn)了高于20納米的成像分辨率，相當(dāng)于能看清1根頭發(fā)絲的三千分之一。”

軟X射線是指波長在10納米到0.1納米之間的X射線，軟X射線自由電子激光可用于觀測微觀物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化過程。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10億至100億倍；脈沖長度達(dá)到飛秒量級，只有第三代同步輻射光源的千分之一，而且相干性更好。

“X射線自由電子激光這種大科學(xué)裝置是當(dāng)前國際上最先進(jìn)的科學(xué)平臺之一。”該團(tuán)隊(duì)骨干成員、中科院上海高等研究院研究員鄧海嘯告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“它將為物理、化學(xué)、能源、生命科學(xué)等領(lǐng)域提供革命性的研究工具。”

2016年，團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“十二五”國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置，以及上海張江綜合性國家科學(xué)中心首批啟動(dòng)的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——上海軟X射線自由電子激光用戶裝置的研制任務(wù)。

經(jīng)過5年多的建設(shè)和精細(xì)調(diào)試，團(tuán)隊(duì)高質(zhì)量地建成了我國首臺X射線波段自由電子激光試驗(yàn)裝置。這是我國首個(gè)可以覆蓋“水窗”波段的高增益自由電子激光裝置，該裝置的一系列進(jìn)展表明，我國在X射線自由電子激光裝置研制方面已步入國際先進(jìn)行列。

該試驗(yàn)裝置采用團(tuán)隊(duì)自主提出的EEHG-HGHG混合級聯(lián)這一先進(jìn)運(yùn)行機(jī)制，并在國際上率先實(shí)現(xiàn)了機(jī)制的原理驗(yàn)證，試驗(yàn)裝置于2020年11月通過國家驗(yàn)收。驗(yàn)收專家組一致認(rèn)為，團(tuán)隊(duì)“首創(chuàng)EEHG-HGHG混合級聯(lián)型FEL的先進(jìn)運(yùn)行模式，其輻射帶寬和中心波長穩(wěn)定性顯著優(yōu)于HGHG-HGHG級聯(lián)”。

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