我国首台X射线自由电子激光装置首次获得飞秒尺度的X光照片

仙仙

记者从上海科技大学和中国科学院上海高等研究院获悉，我国首台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调试工作连续取得突破性进展。6月21日凌晨成功获得首批实验数据，首次获得飞秒尺度的“水窗”波段X光照片。




上海软X射线自由电子激光装置由“活细胞结构与功能成像等线站工程”和“软X射线自由电子激光用户装置”共同构成，两个项目同步建设，有机衔接。


5月中旬，软X射线自由电子激光用户装置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。


6月21日，活细胞结构与功能成像等线站工程仅用了100飞秒（1飞秒等于1秒的1千万亿分之一），首次实现2.4纳米单发激光脉冲的相干衍射成像，并完成了对衍射图样的快速图像重建。


从“产生光”到“应用光”，标志着我国在软X射线自由电子激光研制和使用方面已步入国际先进行列。上海软X射线自由电子激光装置也成为国际上仅有的两个实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。




“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。在此波段内，水对X射线是透明的，但其他构成生命的重要元素（例如碳等）仍会与X射线相互作用。因而，水窗波段的X射线，可用于活体生物细胞显微成像、非晶材料本质和相变机理、超快化学反应动态过程、超导的电子结构动态过程等重大前沿课题的研究，具有极其重要的科学应用价值。




活细胞结构与功能成像等线站工程和软X射线自由电子激光用户装置由国家发展和改革委员会与上海市政府共同出资建设。自2021年6月2日首次实现生物成像实验站通光后，上海科技大学和中国科学院上海高等研究院的项目团队密切协作、昼夜调试，不断创造项目贯通调试和运行的加速度，取得了首批相干衍射实验数据，实现了数据的快速图样重组，为今后开展生物活体细胞成像、新材料动态结构分析以及多物理场原位成像等前沿科学研究打下了基础。


据悉，上海软X射线自由电子激光装置将于2022年面向全世界开放运行。该装置将与已建成的上海同步辐射光源、超强超短激光装置和在建的硬X射线自由电子激光装置等一起，在上海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。（记者张建松 丁汀）