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投资近百亿“大国重器”2025年投用 硬X射线自由

投资近百亿“大国重器”2025年投用 硬X射线自由电子激光装置在上海张江开工建设

  4月27日,我国迄今为止投资最大、建设周期最长的国家重大科技基础设施项目——硬X射线自由电子激光装置在上海张江综合性国家科学中心开工建设。这一总投资近100亿元的“大国重器”计划于2025年竣工并投入使用,为科研用户提供高分辨成像、先进结构解析、超快过程探索等尖端研究手段。

  X射线自由电子激光装置是各个科技强国争相发展的大型加速器。如今,这一领域竞争的意味越来越浓,也让上海科研团队憋足了一股劲。“在建设过程中,我们一定要立足自主研发,把核心技术、关键技术掌握在自己手里!”硬X射线自由电子激光装置工程副经理王东研究员说。

  自由电子激光是目前世界上最先进的X光光源,能发出波长0.01—0.1纳米的硬X射线。上海交通大学教授王宇杰介绍,这种“非一般”激光具有三大特点:超高亮度、超短脉冲、完全相干性。

  上海要成为具有全球影响力的科技创新中心,需要拥有自由电子激光。它与第三代同步辐射光源、国家蛋白质科学设施、超强超短激光等组成国际领先的光子科学设施集群,能吸引全球科学家到张江开展最前沿的探索。

  王东告诉记者,“硬X射线自由电子激光装置”多年前就被写入《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)》,2016年又被列入《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》。一开始,科学界设想的方案是利用常温技术建造低重复频率装置,造价近20亿元。然而上海加快建设科创中心以来,市委市政府与国家发展改革委、中科院多次讨论,最终决定:瞄准国际先进水平,采用低温超导技术,建造高重复频率硬X射线自由电子激光装置。其综合性能是低重复频率装置的100—1000倍,造价也随之跃升,高达95亿元左右。

  硬X射线自由电子激光装置工程副经理刘志介绍,上海硬X射线自由电子激光装置工程的技术难度很大。装置总长约3.1公里,将建设埋深29米的地下隧道,包含超导直线加速器隧道、波荡器隧道、光束线隧道等10条隧道及5个工作井。超导加速器是装置的核心部分。而超导高频加速模组,则是超导加速器里的核心部件。这个模组长约12米,由数千个零部件构成,结构非常复杂。其中的高频腔部件由低温超导材料制成,浸泡在零下271.15摄氏度的液氦中,能产生高梯度电场,将自由电子加速到光速。王东和刘志表示,项目团队有信心通过自主研发,在未来三四年里取得核心技术突破。

  未来7年里,项目团队将全身心投入自主研发,力争让上海硬X射线自由电子激光装置成为全球最先进、最高效的科研光源。