▲上海軟X射線自由電子激光裝置（攝影：胡蔚成）

近日，我國首臺X射線自由電子激光用戶裝置——上海軟X射線自由電子激光裝置（簡稱“SXFEL”）再度傳出好消息。

繼實現532米X射線自由電子激光裝置的全線調試貫通、帶光運行後，活細胞結構與功能成像等線站工程於6月21日凌晨首次實現了2.4納米（即“水窗”波段）單發激光脈衝的相干衍射成像，獲得了首批實驗數據，並完成了對衍射圖樣的快速圖像重建。

▲標準樣品圓孔、方孔及鸚鵡螺圖案的相干衍射圖樣

從“產生光”到“應用光”，這標誌着我國在軟X射線自由電子激光研製和使用方面已步入國際先進行列。SXFEL也由此成爲國際上僅有的兩個已實現“水窗”波段相干衍射成像實驗的自由電子激光裝置之一。按照計劃，裝置擬於明年面向全世界開放運行。

何謂“水窗”？上海科技大學教授、活細胞結構與功能成像等線站工程總經理劉志介紹，“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米範圍的軟X射線波段。在此波段內，水對X射線是透明的，但其他構成生命的重要元素，特別是碳仍會與X射線有強的相互作用，因而水窗波段的X射線可用於活體生物細胞顯微成像等，具有重要的科學應用價值。

在“水窗”波段，自由電子激光的峯值亮度比同步輻射高十億倍以上，且同時具備橫向和縱向相干性，能夠爲物理、生物、化學等學科提供革命性的研究工具。

▲用戶大廳（攝影：劉志）

獲得“水窗”波段相干衍射成像難在哪？劉志表示，自2021年6月2日首次實現生物成像實驗站通光後，上海科技大學和中國科學院上海高等研究院的項目團隊密切協作，調試設備。

“從光源貫通至樣品點，需要一套長達120米的完美光學傳輸系統，內含上百萬個零件。運行時，所有零件必須同時在高性能運轉，且任何光學器件不能有微納米級甚至納米級的的瑕疵，否則傳輸品質就會衰弱，無法得到相干衍射成像。”劉志說。

▲用戶波盪器束線（攝影：胡蔚成）

目前，活細胞結構與功能成像等線站工程的實驗能力，已達到單脈衝可完成一個實驗，爲今後開展生物活體細胞成像、新材料動態結構分析以及多物理場原位成像等前沿科學研究打下了基礎。

據悉，SXFEL由活細胞結構與功能成像等線站工程和軟X射線自由電子激光用戶裝置共同構成，兩個項目同步建設，有機銜接。

該裝置將與已建成的上海同步輻射光源、超強超短激光裝置和在建的硬X射線自由電子激光裝置等一起，在上海張江構建具有全球影響力的光子科學設施集羣和光子科學研究中心。

作者：李晨琰

責任編輯：姜澎

來源：文匯報