我國首臺X射線自由電子激光用戶裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）建設，取得重大進展。

近日，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）在調試工作中，連續(xù)取得突破性進展，先后在5.6 納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長，實現(xiàn)自由電子激光放大出光，完成了“水窗”波段全覆蓋。這表明我國在軟X射線自由電子激光研制方面已步入國際先進行列。

▲上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）的直線加速器隧道。新華社記者 張建松 攝

“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段。在此波段內，水對X射線是透明的，但其他構成生命的重要元素，例如碳和氧等，仍會與X射線相互作用。因而，水窗波段的X射線可用于活體生物細胞顯微成像等重大前沿課題的研究，具有極其重要的科學應用價值。

▲上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）的波蕩器隧道。新華社記者 張建松攝

中國科學院上海高等研究院黨委書記、上海光源科學中心主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置首席科學家趙振堂院士表示，在“水窗”波段，自由電子激光的峰值亮度，比同步輻射高十億倍以上，且同時具備橫向和縱向相干性，能夠為物理、生物、化學等學科提供革命性的研究工具。

作為我國第一臺X射線相干光源，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）將與上海同步輻射光源（SSRF）、上海硬X射線自由電子激光裝置（SHINE）和上海超強超短激光裝置（SULF）等一起，在浦東張江構建具有全球影響力的光子大科學設施集群和光子科學研究中心。

▲上海光源科學中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項目常務副經(jīng)理劉波（右）和軟X射線自由電子激光用戶裝置直線分總體負責人張猛（左），在波蕩器大廳商量工作。  新華社記者 張建松 攝

據(jù)上海光源科學中心副主任、軟X射線自由電子激光用戶裝置項目常務副經(jīng)理劉波介紹，上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）總長532米，位于上海同步輻射光源（SSRF）的北側。其研制由X射線自由電子激光試驗裝置、上海軟X射線自由電子激光用戶裝置、活細胞結構與功能成像等線站工程三個項目支撐，分為試驗裝置和用戶裝置兩個階段進行。最終目標是建成波長覆蓋“水窗”波段的、高亮度軟X射線自由電子激光光源，并為首批5個實驗站供光。

其中，試驗裝置已于2020年11月通過國家驗收；隨后基于試驗裝置進行了升級改造和總體集成，現(xiàn)上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）包括：1臺高性能C波段電子直線加速器、2條波蕩器線、2條光束線和5個實驗站。

▲團隊人員在上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）控制室里進行自由電子激光調試。新華社記者 張建松 攝

目前，經(jīng)過晝夜不停的緊張工作，裝置團隊已于2021年3月底完成直線加速器的調試，隨后相繼實現(xiàn)了5.6納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米自由電子激光的出光放大，輸出性能優(yōu)異；自由電子激光已貫通整個光束線，并到達實驗站。其中，3.5納米波長實現(xiàn)飽和，輸出峰值功率超過500MW，率先達到了設計指標。

團隊正進一步優(yōu)化裝置參數(shù)和性能，計劃在今年內全面實現(xiàn)裝置性能達標，為我國基礎前沿和應用科學研究提供前所未有的“利器”。