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軟X射線自由電子激光裝置首次實現(xiàn)單發(fā)激光脈沖的相干衍射成像

2021-07-08 16:28:23 來源：科技日報

近日，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置調(diào)試工作連續(xù)取得突破性進(jìn)展。繼實現(xiàn)532米X射線自由電子激光裝置的全線調(diào)試貫通、帶光運行后，6月下旬，裝置又首次實現(xiàn)了2.4納米單發(fā)激光脈沖的相干衍射成像，獲得了首批實驗數(shù)據(jù)，并完成了對衍射圖樣的快速圖像重建。

該成果具有里程碑意義，體現(xiàn)了活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置整體性能的先進(jìn)性，標(biāo)志著我國在軟X射線自由電子激光研制和使用方面已步入國際先進(jìn)行列。

基于該成果，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置成為了國際上僅有的兩個已實現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像實驗的自由電子激光裝置之一。

據(jù)悉，“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段。在此波段內(nèi)，水不吸收X射線，對X射線相對透明。但是碳元素等構(gòu)成生物細(xì)胞的重要元素，仍會與X射線相互作用，因而水窗波段的X射線可用于活體生物細(xì)胞的顯微成像等，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

在“水窗”波段，自由電子激光脈沖的峰值亮度比同步輻射高十億倍以上，具備橫向和縱向相干性，不僅能夠為物理、生物、化學(xué)等學(xué)科提供革命性的研究工具，同時可為在建的上海硬X射線自由電子激光裝置技術(shù)研發(fā)提供支撐。

作為我國首臺X射線自由電子激光裝置，上海軟X射線自由電子激光裝置由活細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(gòu)成，兩個項目同步建設(shè)，有機銜接。

活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程由上海科技大學(xué)、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中國科學(xué)院上海高等研究院團(tuán)隊共同建設(shè)，項目于2016年11月開工建設(shè)，含用戶波蕩器束線、活細(xì)胞成像束線、生物成像實驗站、活細(xì)胞熒光超分辨顯微鏡站、超快物理實驗站、超快化學(xué)實驗站、分子動態(tài)成像實驗站及實驗輔助設(shè)施，預(yù)計在2021年內(nèi)完成驗收。

活細(xì)胞結(jié)構(gòu)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由國家發(fā)展和改革委員會與上海市政府共同出資建設(shè)。自2021年6月2日首次實現(xiàn)生物成像實驗站通光后，上海科技大學(xué)和中國科學(xué)院上海高等研究院的項目團(tuán)隊密切協(xié)作、晝夜調(diào)試，不斷創(chuàng)造項目貫通調(diào)試和運行的加速度，取得了首批相干衍射實驗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速圖樣重組，為今后開展生物活體細(xì)胞成像、新材料動態(tài)結(jié)構(gòu)分析以及多物理場原位成像等前沿科學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。裝置擬于明年面向全世界開放運行。

此后，上海軟X射線自由電子激光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，在浦東張江構(gòu)建具有全球影響力的光子科學(xué)設(shè)施集群和光子科學(xué)研究中心。

標(biāo)簽：軟X射線自由電子激光裝置單發(fā) 激光脈沖衍射成像