通過較大規(guī)模投入和工程建設(shè)來完成，建成后通過長期的穩(wěn)定運行和持續(xù)的科學(xué)技術(shù)活動，實現(xiàn)重要科學(xué)技術(shù)目標(biāo)的大型設(shè)施叫做大科學(xué)裝置。其科學(xué)技術(shù)目標(biāo)必須面向科學(xué)技術(shù)前沿，為國家經(jīng)濟建設(shè)、國家安全和社會發(fā)展做出戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和前瞻性貢獻。建立科技基礎(chǔ)條件平臺是國家創(chuàng)新體系建設(shè)中的重要內(nèi)容，大科學(xué)裝置則是國家科技基礎(chǔ)條件平臺的重要組成部分。大科學(xué)裝置也就成為眾多高新技術(shù)的源泉和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的搖籃?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展以及這一技術(shù)對社會產(chǎn)生的革命性的影響可算其中一個最生動的例子。
2020年5月26日至28，中國科學(xué)院條件保障與財務(wù)局8名專家對國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施——X射線自由電子激光試驗裝置(簡稱SXFEL試驗裝置)進行自由電子激光(兩級級聯(lián)HGHG)工藝測試。SXFEL試驗裝置順利通過驗收。
SXFEL試驗裝置的主要建設(shè)內(nèi)容是研制一臺基于840MeV電子直線加速器的兩級級聯(lián)種子型軟X射線(8.8nm)自由電子激光裝置，項目于2015年初正式開工建設(shè)，先后攻克了高亮度光陰極注入器、C波段高梯度微波加速單元、C波段和X波段偏轉(zhuǎn)腔束流測量單元、小間隙高精度波蕩器、腔式束流位置探測器和激光電子束同步等關(guān)鍵技術(shù);掌握了低發(fā)射度直線加速器多維度束流反饋技術(shù)及穩(wěn)定運行、束流相空間的精確控制、X射線脈沖的在線診斷、基于X射線的波蕩器軌道準(zhǔn)直等調(diào)束調(diào)光方法。
什么是“自由電子激光”
自由電子激光是利用自由電子為工作媒質(zhì)產(chǎn)生的強相干輻射，它的產(chǎn)生機理不同于原子內(nèi)束縛電子的受激輻射。自由電子激光具有一系列已有激光光源無法替代的優(yōu)點。例如，頻率連續(xù)可調(diào)、頻譜范圍廣、峰值功率和平均功率高且可調(diào)、相干性好、偏振強，具有ps量級脈沖的時間結(jié)構(gòu)，且時間結(jié)構(gòu)可控，等等。中國科學(xué)院高能所已于1993年制成我國第一臺自由電子激光裝置。
自由電子激光的物理原理是利用通過周期性擺動磁場的高速電子束和光輻射場之間的相互作用，使電子的動能傳遞給光輻射而使其輻射強度增大。利用這一基本思想而設(shè)計的激光器稱為自由電子激光器(簡稱FEL)。
硬X射線自由電子激光裝置
是中國迄今為止投資最大、建設(shè)周期最長的國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項目。硬X射線自由電子激光裝置總長約3.1公里，工程任務(wù)是建設(shè)一臺能量8GeV的超導(dǎo)直線加速器、3條波蕩器線、3條光束線以及首批10個實驗站。裝置建設(shè)內(nèi)容包括：注入器、主加速器、FEL放大器(波蕩器線)、光速線和實驗站，還有包括束流診斷、控制、激光、同步、數(shù)據(jù)采集與處理等在內(nèi)的公共子系統(tǒng)，以及低溫、公用設(shè)施等配套系統(tǒng)和設(shè)施。
硬X射線自由電子激光裝置的建設(shè)選址張江科學(xué)城內(nèi)，項目總投資近百億，是上海建設(shè)具有全球影響力的科創(chuàng)中心以及張江綜合性國家科學(xué)中心的核心創(chuàng)新項目。該裝置建成后，將成為世界上最高效和先進的自由電子激光用戶裝置之一，為物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等多學(xué)科提供高分辨成像、超快過程探索、先進結(jié)構(gòu)解析等尖端研究手段，形成獨具特色、多學(xué)科交叉的先進科學(xué)研究平臺。
直線加速器
利用高頻電磁場進行加速，同時被加速粒子的運動軌跡為直線的加速器。高頻直線加速器簡稱直線加速器，是指用沿直線軌道分布的高頻電場加速帶電粒子的裝置。按被加速粒子的種類，可分為電子直線加速器、質(zhì)子直線加速器、重離子直線加速器和超導(dǎo)直線加速器等。直線加速器由一個直的真空管道和一系列的帶孔的金屬漂移管組成。粒子的加速是通過相鄰的漂移管之間的脈沖電場完成的，電場和粒子的同步是由電壓源和相應(yīng)的漂移管之間的傳輸線長度的時間延遲來實現(xiàn)。
在加速器管中有金屬圈，它們同高壓發(fā)生器相連的方式能使一系列金屬圈的負壓由底部向頂端逐漸升高。生產(chǎn)質(zhì)子的離子源安裝在加速器管的上端。帶正電的質(zhì)子由于受到帶負電的金屬圈的吸引而順管射下——由于下面金屬圈的負電壓不斷增大，質(zhì)子的速度也不斷增加。在加速器管的地端的地板下面，有一間裝有接收器的小室，質(zhì)子能夠在這里同物質(zhì)碰撞，在此過程中，轟擊能夠引起原子核的蛻變。
加速器是由三根用絕緣材料制成的高柱和在它們中間的加速器管組成。加速器靠真空泵保持真空。外表流線型，不僅為了美觀，而且為了防止從任何棱角或突出部分形成意外的放電。
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