超快也能看清！上海软X射线自由电子激光装置又有突破 预计明年向世界开放

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）近日在调试工作中连续取得突破性进展，先后在5.6纳米、3.5纳米、2.4纳米和2.0纳米波长实现自由电子激光放大出光，完成了“水窗”波段全覆盖。这一成就标志着我国在软X射线自由电子激光研制方面已步入国际先进行列。

“水窗”是指波长在2.3纳米到4.4纳米范围的软X射线波段。在这个波段内，水对X射线是透明的，但构成生命的重要元素如碳、氧等仍会与X射线相互作用。因此，“水窗”波段的X射线可用于活体生物细胞显微成像等前沿研究，具有极其重要的科学应用价值。

SXFEL装置的峰值亮度比同步辐射高十亿倍以上，且同时具备横向和纵向相干性，能够为物理、生物、化学等学科提供革命性的研究工具。作为我国第一台X射线相干光源，SXFEL将与上海同步辐射光源、硬X射线自由电子激光装置和超强超短激光装置等一起，在浦东张江构建具有全球影响力的光子科学设施集群和光子科学研究中心。

与传统的同步辐射光源相比，自由电子激光具有独特的优势。上海科技大学教授江怀东解释道：“在国际上科学家用同步辐射光源时，通常用的是死细胞。自由电子激光则能避免辐射损伤，在样品的损伤前成像，以获得样品的真实结构信息。”这意味着科学家们可以首次在纳米级微观世界里“拍电影”，观察到活细胞内部的动态过程。

在生命科学领域，SXFEL的应用前景尤为广阔。中国科学院上海高等研究院赵振堂院士指出：“在‘水窗’波段，自由电子激光的峰值亮度比同步辐射高十亿倍以上，且同时具备横向和纵向相干性，能够为物理、生物、化学等学科提供革命性的研究工具。”例如，在绿色化学中，只产生想要的化合物而不要废料，就需要催化剂的选择性，需要观测到寿命只有皮秒左右的中间体，而自由电子激光就能帮上大忙。

SXFEL装置的建成不仅填补了我国在这一领域的空白，也使我国成为继美国之后，世界上第二个实现“水窗”波段相干衍射成像实验的国家。这一成就对于提升我国在前沿科学研究领域的国际竞争力具有重要意义。

展望未来，SXFEL装置计划在年内全面实现装置性能达标，为我国基础前沿和应用科学研究提供前所未有的“利器”。随着装置的进一步优化和完善，我们有理由相信，它将在多个学科领域催生出一批具有国际影响力的重大科研成果，为人类认识世界、改造世界提供新的视角和手段。