张江综合性国家科学中心又一重大装置项目——“硬X射线自由电子激光装置”近期获批启动。该项目作为《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》优先布局的、国内迄今为止投资最大的重大科技基础设施项目，在国家发改委、上海市和中科院的共同关心与支持下，在项目各参建单位的共同努力下，取得了当年立项当年启动的阶段性成果。上海科技大学是该项目的法人单位，中科院上海应用物理研究所和中科院上海光学精密机械研究所是项目的共建单位。土建工程由申通集团上海隧道工程轨道交通设计研究院、华建集团上海建筑设计研究院有限公司负责设计。
该装置建成后，将成为世界上最高效和最先进的自由电子激光用户装置之一，为物理、化学、生命科学、材料科学、能源科学等多学科提供高分辨成像、超快过程探索、先进结构解析等尖端研究手段，形成独具特色、多学科交叉的先进科学研究平台。同时，张江地区也将成为集聚同步辐射光源、软X射线自由电子激光、硬X射线自由电子激光和超强超短激光于同一区域的国际光子科学研究高地。
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什么是自由电子激光？
自由电子激光是一种以相对论性电子为介质、以相干电磁辐射为发光原理的大型高技术装置。1975年，基于低增益振荡器工作模式的第一台自由电子激光装置，诞生于美国斯坦福大学。迄今为止，低增益自由电子激光仍然主要在红外波长范围。21世纪以来，基于高增益放大器原理的新型自由电子激光，在技术上取得了重大突破，自由电子激光已经实现了超高亮度硬x射线的出光，并已经应用于世界最前沿科学的研究。自由电子激光，具有极其优异的特性，包括极高的峰值亮度，比目前最好的第三代同步辐射光源高出8到10个数量级；超短的脉冲长度，可以达到1飞秒甚至更短；极好的相干性；波长覆盖范围广，而且连续可调等。
由于性能方面无可替代的优势，自由电子激光被誉为第四代先进光源，是一种探索自然奥秘和发展高新技术的最先进研究平台，极大地有助于解决人类面临的最迫切问题，比如绿色化学、医药创新、清洁能源、新材料与信息科技和实验室天体物理等。迄今为止，世界上所有大型自由电子激光装置，都建设在已经拥有第三代同步辐射光源的实验室，从而构成了新一代光子科学中心。
软X射线和硬X射线
去年11月，位于中科院上海应用物理软X射线自由电子激光用户装置正式开工建设。软X射线（光子能量~1kev）有一个重要的波段被称为“水窗”，是目前唯一可以对生物活体细胞进行无损伤三维全息成像和显微成像的“第四代光源”，由于成像时间精度达到飞秒级，它拍摄到的不是生物分子“照片”，而是“视频”。
利用波长为1埃的超高亮度、飞秒级超快脉冲和相干特性，硬X射线（光子能量~10kev）自由电子激光为广泛的科学技术领域提供了革命性的研究平台，比如可以高效率地获得各种材料在原子水平的高清晰度显微图像；可探测物质飞秒甚至阿秒级的超快速运动；观察天文学、等离子科学和基础物理的高温高压高能量密度条件下的极端现象。（作者：黄海华）
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