由中国科学院上海应用物理研究所承办的主题为“自由电子激光运行模式”的第122期东方科技论坛12月11日至12日在上海举行。

 

在本次论坛上，来自海内外该领域的30余位专家对自由电子激光领域的前沿课题、FLASH与欧洲X射线自由电子激光、LCLS现状和未来计划、上海光源自由电子激光实验计划等进行了深入研讨。

 

自由电子激光(Free Electron Laser简称FEL)是一种以相对论高品质电子束作为工作介质，在周期磁场中以受激发射方式放大电磁辐射的新型激光光源。由射频电子直线加速器驱动的X射线FEL装置是具有可工作于整个X射线波段区的高亮度、短脉冲、可调谐的新型相干X射线光源，因此被国际公认为“第四代光源”的可行技术路线之一。目前，美国、欧盟、日本、韩国等在其大型科学设施规划中均对高增益X射线FEL装置予以优先支持，并且已被提到战略高度予以部署和实施。

 

大会执行主席、中科院上海应用物理所副所长、“973”自由电子激光项目副首席科学家赵振堂研究员在相关报告中指出，硬X射线FEL装置的投资和规模都很庞大，与硬X射线FEL装置相关的一系列重大关键技术都是极富挑战性的综合性很强的高难尖端技术。因此，国际上正在建设的3个硬X射线FEL项目，美国的LCLS，欧洲的EURO-XFEL，日本的SCSS，在总体实施步骤上都采取了以软X射线或紫外FEL实验出光作为起步的做法，并将其作为硬X射线FEL装置的预研阶段或前期阶段来实施。

 

X射线FEL装置所采用的射频电子直线加速器有常温直线加速器和超导直线加速器两类。超导加速器具有束流品质好，可在长宏脉冲或连续波(CW)模式下等优点。若我国未来硬X射线FEL选择射频超导直线加速器，则射频超导加速技术将是其重大关键技术之一。

 

据专家介绍，我国短波长FEL的相关研究工作是在杨振宁先生建议下起步的。自1997年起，在中国科学院、国家科技部、国家自然科学基金委的先后支持下，中国科学院上海应用物理研究所、高能物理研究所和中国科技大学联合开展了上海深紫外高增益FEL实验装置的研制工作以及其他关键技术研究，其中涉及近紫外(264nm) 阶段目标的大部分关键设备巳完成并开始现场安装、调试。2002年起，北京大学、上海应用物理研究所、中国科技大学国家同步辐射实验室和高能物理研究所联合承担了国家“973”项目“基于超导加速器的自由电子激光关键技术研究”。根据我国科学技术发展的重大需求和国际上X射线光源的发展态势，我国“十五”编制的国家科学技术中长期发展计划战略研究报告明确提出：“应立即制订并分阶段实施从深紫外起步以X射线为最终目标的自由电子激光系统总体发展计划”。

 

中国科学院2007年已经决定在上海建设一台软X射线FEL试验装置(简称SXFEL)和研制一个射频超导加速单元，作为我国建设硬X射线FEL用户装置的前期预制研究工程。SXFEL主体由电子直线加速器(含光阴极注入器和主加速器)、波荡器系统及软X射线诊断系统组成。SXFEL作为一台试验装置，将通过9nm软X射线FEL出光实验，从整机集成的层面上掌握硬X射线FEL的各项重大关键技术(包括强流低发射度光阴极注入器、高性能磁压缩系统、高性能主加速器、高精度超长波荡器、先进束流诊断与准直等)及系统集成与FEL调试经验；通过系列出光实验验证软X射线级联HGHG的技术可行性和技术性能；建成一台既可用于9nm软X射线FEL(电子束能量为0.84GeV)又可用于“水窗”波段X射线FEL(电子束能量为1.2～1.3GeV)的高性能电子直线加速器。