科学视点

国之重器在此集结,世界级光子科学中心正在上海张江崛起

在张江,一个世界级光子科学中心正在崛起。

2021年,上海光源将有约30条光束线和50个实验站投入使用;年接待用户能力将过万上海软X射线自由电子激光装置通过国家验收;硬X射线自由电子激光装置推进顺利……

上海光源坐落于浦东新区张衡路,俯瞰之下,像一个充满未来感的鹦鹉螺安置在碧水之中。不知不觉间,这一“鹦鹉螺”已延伸出更多管道,通向国家重大科技基础设施的未来。

把半小时的实验缩短到10毫秒内

在上海光源主体内,一条黄色轨道穿墙而过,拦腰截断室内空间,不少来往的研究员都不得不弯腰通过。

这是一条让光流淌的通道。

在通道的前端,是我国首台国产化长时间运行的“液氮冷却多层膜单色器”,堪称光源二期核心线站之一的“心脏”。它通过把光单色化来提高光通量,能将在普通光机上半小时才能完成的实验,缩短到10毫秒以内。

“这台设备由同济团队研发设计,完全实现了国产化。”科院上海高等研究院副研究员田丰难掩自豪地告诉记者,这台国产化设备经过了半年使用,仍在非常稳定地运行,已超过了国际上一些同类设备的使用寿命。

通过单色器提升强度后,光就来到了穿墙而过的通道内,借此真空管道横穿实验大厅,来到边缘的实验棚屋。

就像照相机上的“光圈”,在这里,科学家可以调整光的角度,从而自由选择探测的范围和尺度。最后,穿越实验棚屋,光随管线破壳而出,跑过数十米的距离,最终抵达鹦鹉螺旁的实验站内,向用户开放实验。

这些都是上海光源二期工程的一部分。2016年底开工的上海光源二期工程,将建设16条光束线站,目前已有5条通过验收,其中2条已向用户试开放。

“依托二期线站提供的先进实验方法,短短1年间,已有15篇高水平论文诞生。”上海光源线站工程(光源二期)副总工程师黄宇营说,二期工程建成后,上海光源的研究性能将保持在国际第三代同步辐射光源的先进水平,为我国的基础研究、产业发展、国家战略的重大需求,提供支撑平台。

历时5年半建成全国首台

12月28日,记者来到科院上海应用物理研究所,在上海光源主体背后一座其貌不扬的小楼内,跟随上海光源科学中心副主任刘波的脚步,走进了一条漫长的轨道。

这座长500多米长的小楼暗藏玄机——在其中经过5年半建设,2020年11月4日,软X射线自由电子激光试验装置于通过国家验收,如今正在升级成为用户装置,等待开放给更多研究院和科学家。上海软X射线自由电子激光装置

上海软X射线自由电子激光装置

据刘波介绍,软X射线自由电子激光试验装置主体,由一台8亿4千万电子伏特的高性能电子直线加速器和一台可以实现多种先进运行模式的自由电子激光放大器组成。

“2014年我们破土动工,2016年4月基本建设完成,后面持续的三年时间主要用于克服各类问题,调试装置故障、新想法的加入等,到2020年年初第一次达到了设计指标。”刘波透露,目前,全球建成的X射线自由电子激光装置仅有8台,其它7台分别位于德国(两台)、美国、日本、韩国、意大利和瑞士。

以X射线自由电子激光试验装置为基础,中国首台X射线波段自由电子激光用户装置升级完成后,将为开展能源、材料、生物等领域科学前沿问题的探索提供强有力的工具;同时,也为中国继续开展自由电子激光新原理的探索和验证、关键技术的研究提供了不可替代的实验平台。

“这台装置特别适合用来观测微观结构的超快过程,比如化学键的断裂。预计今年下半年,用户实验站可以开始做首批实验。”刘波表示,目前主要的用户是各大高校和研究院所。


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