基于先进加速器的大型光子科学装置是探索微观世界最先进的工具之一。 它可以用来拍摄分子的“照片”。 作为最新一代的光子科学设备，X射线自由电子激光器还可以将微观世界的快速变化捕捉成分子“电影”。
过去的一年，一群为微观世界研发“相机”的人——中科院上海高等研究院软X射线自由电子激光研究年轻团队，取得了巨大的成就，取得了巨大的成就。全球首创自由电子激光器混合级联放大输出； 提出并验证了相干能量调制的自放大性； 实现2nm饱和发光，建成全球首台“水窗”波段全覆盖软X射线自由电子激光装置...
5月3日，这支以中国工程院院士、上海光源中心主任赵振堂为首的年轻团队物理资源网，因其在软X射线领域的突出贡献，荣获第26届中国青年五四奖章（集体）自由电子激光器。 这是一项真正的成就。 应得的。
革命性的研究工具
“软X射线自由电子激光器是目前最先进的X射线光源之一，其开发和调试面临巨大挑战。” 该团队主要成员、中科院上海高等研究院研究员冯超告诉中国科学报：“去年5月，我们成功实现了最短波长自由电子激光器的光放大”后来，科学家利用这种光源实现了高于20纳米的成像分辨率，相当于能够看到一根头发丝的千分之三。”
软X射线是指波长在10纳米至0.1纳米之间的X射线。 软X射线自由电子激光器可用于观察微观物质的动态变化。 作为新一代光源，X射线自由电子激光器的峰值亮度比第三代同步辐射光源高10亿至100亿倍； 脉冲长度达到飞秒级别，仅为第三代同步辐射光源的千分之一，且相干性更好。
“X射线自由电子激光器等大型科学装置是世界上最先进的科学平台之一。” 该团队主要成员、中国科学院上海高等研究院研究员邓海晓告诉《中国科学报》，“它将为物理学、化学、能源和生命科学。”
2016年，团队承担了“十二五”国家重大科技基础设施X射线自由电子激光测试装置建设和上海激光用户装置软研制任务。
经过五年多的建设和精心调试，团队高质量建成了我国首台X射线波段自由电子激光测试装置。 这是我国第一台可覆盖“水窗”波段的高增益自由电子激光装置。 该装置的一系列进展，表明我国在X射线自由电子激光装置研制方面已进入国际先进行列。
实现“水窗”全覆盖
该试验装置采用了团队自主提出的EEHG-HGHG混合串级先进运行机构，并在国际上首次实现了该机构的原理验证。 该测试装置于2020年11月通过国家验收，验收专家组一致认为团队“开创了EEHG-HGHG混合级联FEL的先进工作模式，其辐射带宽和中心波长稳定性明显优于HGHG-HGHG级联” ”。
2021年，从事软X射线自由电子激光器研究的青年团队完成了多项里程碑式的成果。 1月，团队在实验的基础上完成用户设备的升级和整体集成； 3月，完成直线加速器调试，随后以世界罕见的速度相继实现了5.6纳米、3.5纳米、2.4纳米、2.0纳米自由电子激光器。 它放大光输出并实现“水窗”波段的全覆盖，具有出色的输出性能。 成为全球仅有的三台软X射线自由电子激光装置中首个覆盖“水窗”波段的装置。
“波长范围为 2.3 纳米到 4.4 纳米，水对 X 射线是透明的，但构成生命的其他重要元素，例如碳，仍然会与 X 射线相互作用。” 冯超解释说，“因此，该波段的水窗X射线可用于活体生物细胞的显微成像，具有极其重要的科学应用价值。”
分支建于中央控制室
“这个年轻的团队对其所承担的研发任务感到自豪，有执行能力，有创新意识。” 赵振堂说，“该装置最初的定位是进行世界上最前沿的探索，采用最先进的自由电子激光装置，也有最复杂的操作模式。如何建造稳定的自由电子激光装置不仅是一个问题，对球队来说是重大挑战，也是国家赋予的历史使命。”
在测试装置调试阶段，团队成立了以加速器物理和关键硬件系统为重点的调试小组，制定周密的调试方案，搭建关键节点，尽快实现系统间协同。
研究团队负责人、中科院上海高等研究院研究员刘波表示：“五年来，几乎所有团队成员都放弃了假期，抱着‘困难’的态度“迎面而来，问题不会过夜”自由电子，他们用所有的时间来解决问题自由电子，提高设备调试的效率。
作为长度超过500米的“大家伙”，软X自由电子激光装置的实验调试极其复杂。 该过程涉及数千个变量。 任何一个变量出现问题都会影响实验结果。 项目建设之初，部分设备尚未稳定。 研究人员在无数次调试中发现：一方面，电子束在关机和恢复后状态发生了显着变化； 另一方面，白天外部环境引起的地基微振动和电网波动会影响调试。 结果。
因此，团队决定每天两班倒，不停机。 通常经过两三天的调试稳定后，研究人员会利用凌晨0点到5点之间最稳定的时段进行实验。
随着疫情发展，上海光源中心园区面临封城，给调试任务带来巨大挑战。 面对这一情况，专案组建立了“中控室分部”，并迅速组成专案组返回园区，进行连续全封闭攻击。
3月27日，中心迎来短暂轮换窗口期，值班人员已值班10天。 但他们毫不犹豫地做出了选择：开车回家，拿上家人准备的衣服，连车都没下，转身就回到中心继续工作。
“团队有27人，其中63%年龄在35岁以下。”团队主要成员、中科院上海高等研究院研究员张萌说。 “这是一群致力于自由电子激光产业的‘追光者’。大家没有畏缩、没有逃避问题，充分利用一切条件解决问题。面对疫情，一些人人们坚守在一线40多天，有的把新婚妻子留在家里，充分展现了“上海光源精神”的奉献精神。
疫情期间，团队还实现了全球最短波长回波式自由电子激光放大和首个反梯度波荡器增强谐波自种自由电子激光放大。 这些成果标志着该装置的综合性能达到了世界一流水平，也标志着我国在X射线自由电子激光器的研制和使用方面进入了国际先进行列。