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今天要给大家介绍一项正在与世界赛跑的新技术——X射线自由电子激光装置。

8月16日，大连市政府与中科院大连化物所签署“大连先进光源预研”项目合作框架协议，标志着该项目正式启动实施。大连市将在项目选址、建设资金上对该项目予以支持。“大连先进光源”全称为“高重复频率软X射线自由电子激光装置”，属于高重复频率自由电子激光装置，重复频率将达到一百万赫兹，这意味着科学家可以在更短的时间内获得更多的微观粒子影像信息，大大提高科学研究的效率。

什么是“X射线自由电子激光装置”？

X射线自由电子激光装置（XFEL）是世界上最大的X射线激光设施，每秒可发射多达27000个脉冲，亮度比传统的同步加速器光源亮度高出10亿倍。

X射线激光不仅可用于解开病毒和细胞原子结构之谜，而且可用于在纳米粒子中制作三维图像、记录化学反应并观察粒子内部的反应过程，有助于新药和新材料的研发。

目前，全球最大的X射线自由电子激光装置位于德国，名为“欧洲X射线自由电子激光”，于2016年底完成，拥有3条直径不同的地下隧道，总长度接近6公里，总耗资大约15亿欧元，一半左右由德国出资，另一半由另外11个国家分担（分别为丹麦、德国、法国、意大利、波兰、俄罗斯、瑞典、瑞士、斯洛伐克、西班牙和匈牙利）。

“欧洲X射线自由电子激光”设施建成后，能产生波长从0.1到6纳米间可调的、重复频率达每秒27000次、极高强度的飞秒（1飞秒等于千万亿分之一秒）级短脉冲X射线相干光。

X射线可分为硬X射线和软X射线，波长在0.1～1埃范围内的称硬X射线，1～10埃范围内的称软X射线。

硬X射线装置：建国以来投资最大的国家重大科技基础设施项目

波段越短，意味着技术越复杂，因此硬X射线自由电子激光装置（下称“硬X射线装置”）设计更为艰难。不过，今年4月，上海已率先打响全国第一枪，实施“硬X射线装置”工程。

值得一提的是，该工程被称为建国以来投资最大的国家重大科技基础设施项目。

根据规划，硬X射线装置总长3．1公里，将建设深埋在地下29米的地下隧道。据悉，硬X射线自由电子激光装置建设周期为七年，工期包括该装置本身的研发，隧道工程部分的建设时间为3．5年，预计2024年年底建成。

用硬X射线装置项目设计负责人杨志豪的话来说，硬X射线自由电子激光装置是一个超常规、超长、超深的项目。

“普通的土建设施一般在施工精度上达到厘米级，而硬X射线自由电子激光装置则要达到毫米甚至微米级。而为了满足科学实验的要求，该装置设有五个工作井，每个井开挖深度达到45米左右。”

据上海科技大学党委书记、“硬X射线装置”项目总经理朱志远在论坛上所作的报告，该项目将建设一台能量8GeV的超导直线加速器、产生0.4—25KeV光子能量范围的3条自由电子激光波荡器线、3条光束线；超高峰值亮度和平均亮度X射线自由电子激光（XFEL）脉冲的重复频率可达1MHz、超快脉冲小于10飞秒。

2017年6月21至22日，第二届中德X射线自由电子激光（XFEL）科学与技术研讨会在德国汉堡召开。

在会中，参与的中外科学家一致认为，“硬X射线装置”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，能够为物理、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、先进结构解析等多种极具前瞻性的尖端研究手段，形成独具特色、多学科交叉的先进科学研究平台。

多地耗资建设“软X射线装置”

软X射线，也称“先进光源”，因为波段更长，所以相较硬X射线装置而言，软X射线装置的设计更容易。早在2017年，北京和安徽便相继宣布成立先进光源技术研发与测试平台项目和启动先进光源预研项目。

2017年5月，北京先进光源技术研发与测试平台项目成立，建设单位是中国科学院高能物理研究所和北京怀柔科学城，规划总建筑规模20966平方米，总投资48亿元。

2017年11月，安徽省政府常务会议通过，合肥先进光源预研项目正式启动，总投资约36亿元。未来3年，合肥先进光源预研项目将开展核心技术研究、关键设备原型样机研制与验证，力争攻克合肥先进光源建设的关键技术问题，确保下一步合肥先进光源建设顺利开展。

另外，武汉大学已先期在引进同步辐射光源研究、建设和维护等方面投入1亿余元。在湖北省和武汉市人民政府的指导和推动下，武汉大学已制定“武汉光源”初步规划方案，现正处于专家论证阶段。规划建设总体投资约45-50亿元，硬件建设及其配套设施占地约1200-1500亩。

可以看到，在光源这一技术上，中国体现出“誓要赶超美日德”的态势，相关概念股值得布局：

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