在張江,一個(gè)世界級(jí)光子科學(xué)中心正在崛起。
2021年,上海光源將有約30條光束線和50個(gè)實(shí)驗(yàn)站投入使用;年接待用戶能力將過萬上海軟X射線自由電子激光裝置通過國(guó)家驗(yàn)收;硬X射線自由電子激光裝置推進(jìn)順利……
上海光源坐落于浦東新區(qū)張衡路,俯瞰之下,像一個(gè)充滿未來感的鸚鵡螺安置在碧水之中。不知不覺間,這一“鸚鵡螺”已延伸出更多管道,通向國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施的未來。
俯瞰上海光源
把半小時(shí)的實(shí)驗(yàn)縮短到10毫秒內(nèi)
在上海光源主體內(nèi),一條黃色軌道穿墻而過,攔腰截?cái)嗍覂?nèi)空間,不少來往的研究員都不得不彎腰通過。
這是一條讓光流淌的通道。
在通道的前端,是我國(guó)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的“液氮冷卻多層膜單色器”,堪稱光源二期核心線站之一的“心臟”。它通過把光單色化來提高光通量,能將在普通光機(jī)上半小時(shí)才能完成的實(shí)驗(yàn),縮短到10毫秒以內(nèi)。
“這臺(tái)設(shè)備由同濟(jì)團(tuán)隊(duì)研發(fā)設(shè)計(jì),完全實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化?!敝锌圃荷虾8叩妊芯吭焊毖芯繂T田豐難掩自豪地告訴記者,這臺(tái)國(guó)產(chǎn)化設(shè)備經(jīng)過了半年使用,仍在非常穩(wěn)定地運(yùn)行,已超過了國(guó)際上一些同類設(shè)備的使用壽命。
通過單色器提升強(qiáng)度后,光就來到了穿墻而過的通道內(nèi),借此真空管道橫穿實(shí)驗(yàn)大廳,來到邊緣的實(shí)驗(yàn)棚屋。
就像照相機(jī)上的“光圈”,在這里,科學(xué)家可以調(diào)整光的角度,從而自由選擇探測(cè)的范圍和尺度。最后,穿越實(shí)驗(yàn)棚屋,光隨管線破殼而出,跑過數(shù)十米的距離,最終抵達(dá)鸚鵡螺旁的實(shí)驗(yàn)站內(nèi),向用戶開放實(shí)驗(yàn)。
上海光源內(nèi)部二期工程
國(guó)產(chǎn)單色器
這些都是上海光源二期工程的一部分。2016年底開工的上海光源二期工程,將建設(shè)16條光束線站,目前已有5條通過驗(yàn)收,其中2條已向用戶試開放。
“依托二期線站提供的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法,短短1年間,已有15篇高水平論文誕生。”上海光源線站工程(光源二期)副總工程師黃宇營(yíng)說,二期工程建成后,上海光源的研究性能將保持在國(guó)際第三代同步輻射光源的先進(jìn)水平,為我國(guó)的基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國(guó)家戰(zhàn)略的重大需求,提供支撐平臺(tái)。
歷時(shí)5年半建成全國(guó)首臺(tái)
12月28日,記者來到中科院上海應(yīng)用物理研究所,在上海光源主體背后一座其貌不揚(yáng)的小樓內(nèi),跟隨上海光源科學(xué)中心副主任劉波的腳步,走進(jìn)了一條漫長(zhǎng)的軌道。
這座長(zhǎng)500多米長(zhǎng)的小樓暗藏玄機(jī)——在其中經(jīng)過5年半建設(shè),2020年11月4日,軟X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置于通過國(guó)家驗(yàn)收,如今正在升級(jí)成為用戶裝置,等待開放給更多研究院和科學(xué)家。
上海軟X射線自由電子激光裝置
據(jù)劉波介紹,軟X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置主體,由一臺(tái)8億4千萬電子伏特的高性能電子直線加速器和一臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多種先進(jìn)運(yùn)行模式的自由電子激光放大器組成。
“2014年我們破土動(dòng)工,2016年4月基本建設(shè)完成,后面持續(xù)的三年時(shí)間主要用于克服各類問題,調(diào)試裝置故障、新想法的加入等,到2020年年初第一次達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)?!眲⒉ㄍ嘎?,目前,全球建成的X射線自由電子激光裝置僅有8臺(tái),其它7臺(tái)分別位于德國(guó)(兩臺(tái))、美國(guó)、日本、韓國(guó)、意大利和瑞士。
以X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置為基礎(chǔ),中國(guó)首臺(tái)X射線波段自由電子激光用戶裝置升級(jí)完成后,將為開展能源、材料、生物等領(lǐng)域科學(xué)前沿問題的探索提供強(qiáng)有力的工具;同時(shí),也為中國(guó)繼續(xù)開展自由電子激光新原理的探索和驗(yàn)證、關(guān)鍵技術(shù)的研究提供了不可替代的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
“這臺(tái)裝置特別適合用來觀測(cè)微觀結(jié)構(gòu)的超快過程,比如化學(xué)鍵的斷裂。預(yù)計(jì)今年下半年,用戶實(shí)驗(yàn)站可以開始做首批實(shí)驗(yàn)?!眲⒉ū硎?,目前主要的用戶是各大高校和研究院所。
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