▲上海软X射线自由电子激光装置（摄影：胡蔚成）

近日，我国首台X射线自由电子激光用户装置——上海软X射线自由电子激光装置（简称“SXFEL”）再度传出好消息。

继实现532米X射线自由电子激光装置的全线调试贯通、带光运行后，活细胞结构与功能成像等线站工程于6月21日凌晨首次实现了2.4纳米（即“水窗”波段）单发激光脉冲的相干衍射成像，获得了首批实验数据，并完成了对衍射图样的快速图像重建。

▲标准样品圆孔、方孔及鹦鹉螺图案的相干衍射图样

从“产生光”到“应用光”，这标志着我国在软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。SXFEL也由此成为国际上仅有的两个已实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。按照计划，装置拟于明年面向全世界开放运行。

何谓“水窗”？上海科技大学教授、活细胞结构与功能成像等线站工程总经理刘志介绍，“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，特别是碳仍会与X射线有强的相互作用，因而水窗波段的X射线可用于活体生物细胞显微成像等，具有重要的科学应用价值。

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。

▲用户大厅（摄影：刘志）

获得“水窗”波段相干衍射成像难在哪？刘志表示，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，调试设备。

“从光源贯通至样品点，需要一套长达120米的完美光学传输系统，内含上百万个零件。运行时，所有零件必须同时在高性能运转，且任何光学器件不能有微纳米级甚至纳米级的瑕疵，否则传输品质就会衰弱，无法得到相干衍射成像。”刘志说。

▲用户波荡器束线（摄影：胡蔚成）

目前，活细胞结构与功能成像等线站工程的实验能力，已达到单脉冲可完成一个实验，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，SXFEL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。

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。

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