通常把能量較高的x射線稱為硬x射線,波長(zhǎng)在0.01nm~0.1nm之間，波長(zhǎng)在0.1nm以上的則稱為軟x射線。近日，上海張江綜合性國(guó)家科學(xué)中心又一重大裝置項(xiàng)目——“硬X射線自由電子激光裝置”日前獲批啟動(dòng)。據(jù)悉，該項(xiàng)目作為《國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》優(yōu)先布局的、國(guó)內(nèi)迄今為止投資最大的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，在國(guó)家發(fā)展改革委、上海市和中科院的共同關(guān)心與支持下，在項(xiàng)目各參建單位的共同努力下，取得了階段性成果。

該裝置選址在上海張江綜合性國(guó)家科學(xué)中心核心區(qū)域，總長(zhǎng)約3.1公里，將建設(shè)埋深29米的地下隧道，包含超導(dǎo)直線加速器隧道、波蕩器隧道、光束線隧道等10條隧道及5個(gè)工作井。裝置主要由四部分組成：超導(dǎo)加速器、光束線、實(shí)驗(yàn)站和配套的公用設(shè)施。加速器裝置包括一臺(tái)能量達(dá)到100兆電子伏特的電子注入器、一臺(tái)能量8為兆電子伏特的連續(xù)波超導(dǎo)直線加速器，以及3條產(chǎn)生的X射線光子能量范圍為0.4~25千電子伏特的高重復(fù)頻率自由電子激光放大器。

據(jù)了解，硬X射線自由電子激光具有更高的亮度、更短的脈沖結(jié)構(gòu)和更好的相干性，提供的X射線峰值亮度比第三代同步輻射光源高109倍。同時(shí)，其具備納米級(jí)的超高空間分辨能力和飛秒級(jí)的超快時(shí)間分辨能力，可將對(duì)微觀世界的研究從拍“分子照片”提升到拍“分子電影”的水平，同時(shí)滿足面向物質(zhì)、單分子、超強(qiáng)超短單顆粒成像以及極端光物理等多個(gè)實(shí)驗(yàn)站的需求。

專家表示，該裝置建成后，將成為世界上最高效和最先進(jìn)的自由電子激光用戶裝置之一，為物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等多學(xué)科提供高分辨成像、超快過(guò)程探索、先進(jìn)結(jié)構(gòu)解析等尖端研究手段。張江地區(qū)也將成為集聚同步輻射光源、軟X射線自由電子激光、硬X射線自由電子激光和超強(qiáng)超短激光于同一區(qū)域的國(guó)際光子科學(xué)研究高地。

自由電子激光概念

自由電子激光是利用自由電子為工作媒質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)相干輻射，它的產(chǎn)生機(jī)理不同于原子內(nèi)束縛電子的受激輻射。由于它的工作介質(zhì)是自由電子，因此稱為自由電子激光。這種激光的特點(diǎn)是激光波長(zhǎng)和脈沖結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且能夠在大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。自由電子激光具有一系列已有激光光源無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)。例如，頻率連續(xù)可調(diào)、頻譜范圍廣、峰值功率和平均功率高且可調(diào)、相干性好、偏振強(qiáng)，具有ps量級(jí)脈沖的時(shí)間結(jié)構(gòu)，且時(shí)間結(jié)構(gòu)可控，等等；因此，其有著重要的應(yīng)用前景。