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國(guó)際首次!中國(guó)自由電子激光實(shí)現(xiàn)重大突破

來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)2022-05-11 我要評(píng)論(0 )   

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...

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(guò)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(chǎng) 受訪者供圖

過(guò)去一年來(lái),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(jī),在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了自由電子激光混合級(jí)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(guó)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(guó)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(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)拢w),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)?!痹搱F(tuán)隊(duì)骨干成員、中科院上海高等研究院研究員馮超對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō),“去年5月,我們成功實(shí)現(xiàn)了最短波長(zhǎng)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?!?/p>

軟X射線是指波長(zhǎng)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(cè)微觀物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)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(zhǎng)度達(dá)到飛秒量級(jí),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(guó)際上最先進(jìn)的科學(xué)平臺(tái)之一?!痹搱F(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(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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(guó)首臺(tái)X射線波段自由電子激光試驗(yàn)裝置。這是我國(guó)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(guó)在X射線自由電子激光裝置研制方面已步入國(guó)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(jí)聯(lián)這一先進(jìn)運(yùn)行機(jī)制,并在國(guó)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(guò)國(guó)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(jí)聯(lián)型FEL的先進(jìn)運(yùn)行模式,其輻射帶寬和中心波長(zhǎng)穩(wěn)定性顯著優(yōu)于HGHG-HGHG級(jí)聯(lián)”。(中國(guó)科學(xué)報(bào) 張雙虎)


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