硬X射線自由電子激光裝置項(xiàng)目
X射線自由電子激光是目前全球物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等前沿領(lǐng)域開展基礎(chǔ)研究普遍應(yīng)用的最先進(jìn)手段。X射線自由電子激光分為硬X射線和軟X射線兩類,其中硬X射線自由電子激光裝置的性能指標(biāo)更優(yōu)越,其技術(shù)工程難度也更大。
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項(xiàng)目概述
一、項(xiàng)目背景
X射線自由電子激光是目前全球物理、化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、能源科學(xué)等前沿領(lǐng)域開展基礎(chǔ)研究普遍應(yīng)用的最先進(jìn)手段。X射線自由電子激光分為硬X射線和軟X射線兩類,其中硬X射線自由電子激光裝置的性能指標(biāo)更優(yōu)越,其技術(shù)工程難度也更大。2009年4月,美國硬X射線自由電子激光裝置首次實(shí)現(xiàn)了0.15納米自由電子激光出光,并于2009年9月開始用戶實(shí)驗(yàn),這標(biāo)志著自由電子激光的發(fā)展進(jìn)入了硬X射線時(shí)代。
經(jīng)過多年努力,我國在軟X射線自由電子激光領(lǐng)域巳有良好的技術(shù)積累,但硬X射線自由電子激光裝置方面與發(fā)達(dá)國家有很大差距,對我國開展具有世界領(lǐng)先水平的前沿科學(xué)研究構(gòu)成了制約。為支撐科學(xué)家挑戰(zhàn)最前沿的科學(xué)問題,提出更多原創(chuàng)理論,作出更多原創(chuàng)發(fā)現(xiàn),我國亟需推進(jìn)硬X射線自由電子激光裝置建設(shè)。為此,“十一五”期間,上海布局建設(shè)了軟X射線自由電子激光試驗(yàn)裝置項(xiàng)目,為建設(shè)硬X射線自由電子激光裝置莫定基礎(chǔ)。
硬X射線自由電子激光裝置項(xiàng)目是國家發(fā)展改革委聯(lián)合教育部、科技部等九個(gè)部門印發(fā)的《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》(以下簡稱《“十三五”規(guī)劃》)優(yōu)先布局建設(shè)的10個(gè)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目之一。
二、內(nèi)容及進(jìn)展
包括一臺(tái)能量8吉電子伏特的超導(dǎo)直線加速器,可以覆蓋0.4到25千電子伏特光子能量范圍的3條波蕩器線、3條光學(xué)束線以及首批10個(gè)試驗(yàn)站,整條隧道每年不均勻沉降不大于20毫米,土建結(jié)構(gòu)每10米長度每年沉降不超過1毫米。
建設(shè)項(xiàng)目土建結(jié)構(gòu)包括五座工作井,十段隧道。同時(shí)配套建設(shè)實(shí)驗(yàn)大廳、低溫工廠、輔助設(shè)施等。本項(xiàng)目建筑面積145386平方,其中地下:76253平方,地上:69133平方,地下埋深約為40~45米,地下連續(xù)墻深度83~89.8米。隧道工程直線距離為3110米,隧道總長度5525米。1-2號(hào)井區(qū)間隧道盾構(gòu)直徑7米,2-5號(hào)井區(qū)間隧道盾構(gòu)直徑6.6米。
本建設(shè)項(xiàng)目概算總投資949503.41萬元。其中,建筑安裝工程費(fèi)286555.31萬元,工藝設(shè)備購置費(fèi)577027.06萬元,工程建設(shè)其他費(fèi)40706.59萬元,預(yù)備費(fèi)45214.45萬元。資金來源為:申請國家安排投資20億元,其余資金由上海市政府解決。
目前,5個(gè)超深工作井已于2020年底全部順利封底,1號(hào)工作井已經(jīng)完成頂板澆筑,1-2盾構(gòu)區(qū)間于2021年開始正式掘進(jìn)。
三、成果及意義
高重復(fù)頻率硬X射線自由電子激光裝置是一項(xiàng)具有世界領(lǐng)先水平的科學(xué)裝置,硬X射線自由電子激光裝置建成后,利用全光譜、非線性、多維度、超高峰亮值、超短脈沖和極好相干性的X射線,為廣大科學(xué)家提供高分辨成像、超快過程探索等尖端研究手段,在秒到亞飛秒級(jí)時(shí)間分辨精度、微米到埃空間尺度下,觀測和控制物質(zhì)在分子、原子、電子尺度的結(jié)構(gòu)及其動(dòng)態(tài)過程,探索物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能,提示生命機(jī)理、化學(xué)反應(yīng)、量子調(diào)控等前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題,以及開展極端光物理和高能量密度物理研究的能力。
該項(xiàng)目是上海張江綜合性國家科學(xué)中心建設(shè)的標(biāo)志性項(xiàng)目,設(shè)施建成后,總體性能可達(dá)到國際領(lǐng)先水平,并與現(xiàn)有同步輻射光源優(yōu)勢互補(bǔ),在光子能量、重復(fù)頻率和運(yùn)行模式等方面形成優(yōu)勢,為解決科學(xué)前沿和國家戰(zhàn)略需求中的重大科學(xué)問題提供高效先進(jìn)的研究手段,對上海建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心具有重要意義,對推動(dòng)我國基礎(chǔ)科學(xué)的快速發(fā)展具有不可替代的重要作用。
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