上海軟X射線自由電子激光裝置

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上海軟X射線自由電子激光裝置是我國第一台X射線自由電子激光用戶裝置，也是國際上首台覆蓋水窗波段的軟X射線自由電子激光裝置，包括1.5GeV電子直線加速器、波盪器、光束線站。2022年投入運行。項目法人單位為上海應用物理所，建設地點為上海市浦東新區。

由射頻電子直線加速器驅動的X射線自由電子激光（FEL）裝置是具有可工作於整個X射線^[1]波段區的高亮度、短脈衝、可調諧的新型相干X射線光源。

2021年5月，上海軟X射線自由電子激光裝置（以下簡稱「SXFEL」）調試工作連續取得突破性進展，先後在5.6 納米、3.5納米、2.4納米和2.0納米波長實現自由電子激光放大出光，實現了「水窗」波段全覆蓋，並在3.5納米實現飽和，輸出峰值功率超過500MW，X射線貫通光束線傳輸到達實驗站。

項目簡介

X射線FEL裝置已成為發達國家爭奪21世紀科技至高點的必備高科技基礎設施，它將為生命科學、材料科學、信息科學、環境科學^[2]和非線性科學等科學前沿的基礎研究和高新尖端技術的開發研究，帶來全新的視野和不可估量的革命性的前景。目前國際上X射線FEL裝置的研究和建設十分迅速，並與第三代光源一起構成光子科學研究中心的核心裝備。中國於「十五」期間編制的《國家科學技術中長期發展計劃戰略研究第15專題》中已明確指出：「更高性能的第四代光源—高增益FEL能產生極高強度的飛秒相干X射線，為極高空間分辨和時間分辨的動力學研究提供強有力的手段，它將對未來科學技術的發展帶來深刻的影響。中國應從深紫外FEL研究起步，分階段實施，在2015年前後建成X射線FEL，以在2020年左右能在此領域裡進入世界先進行列」。

建設意義

2011年2月1日，上海軟X射線自由電子激光試驗裝置（簡稱SXFEL）項目建議書獲得國家發展改革委批覆（發改高技﹝2011﹞184號），SXFEL項目正式進入可行性研究階段。批覆的SXFEL投資1.95億，新增建築面積約5500平方米。SXFEL的建設意義主要體現在以下兩方面：

1）在軟X射線波段區9nm出光實驗的總目標下，實驗驗證級聯高增益諧波放大模式的可行性，確定我國硬X射線FEL最終採用的工作模式。

2）通過SXFEL建設，在整機集成的層面上，掌握硬X射線FEL裝置涉及的各項重大關鍵技術，進行人才與技術儲備，確定X射線自由電子激光發展的技術路線，為中國建設X射線自由電子激光用戶裝置提供技術儲備和支撐。

建設內容

SXFEL試驗裝置項目法人單位為中國科學院上海應用物理研究所。項目主要建設內容包括建造由光陰極注入器、主加速器、兩級高增益諧波放大振盪器系統以及加速器隧道、調束管長廊、中央控制室和公用工程配套設施等組成的軟X射線自由電子激光裝置。其中，光陰極注入器包括光陰極微波電子槍（RF Gun）和S-band預加速段（L0）；主加速器包括X-band諧波補償段、兩級磁壓縮系統（BC1和BC2）、S-band、C-band直線加速段（L1、L2、L3）及電子束輸運匹配線（DL）；兩級HGHG波盪器系統包括2個調製波盪器、2個輻射波盪器、2個色散段、延遲線與X射線診斷系統等。

SXFEL建設選址於上海張江高科技園區的上海光源園區內。整個SXFEL裝置建於上海光源（SSRF）園區的北側居中，電子束方向由西向東。SXFEL將共享上海光源園區內的公共配套設施資源，如變配電所、給排水、消防、通訊、計算中心、招待所、實驗室/辦公室等。SXFEL的土建工程包括加速器等隧道、速調管長廊和中央控制室等工程用房，總建築面積約5500m2，隧道包括加速器隧道、波盪器廳和X射線FEL廳，均為箱式結構。

SXFEL項目從立項（開工）至建設完成驗收的建設周期為5年，其中主設備製造1年半，安裝9個月，直線加速器調試1年，FEL調試驗收2年。