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一、項目背景

X射線自由電子激光是目前全球物理、化學、生命科學、材料科學、能源科學等前沿領域開展基礎研究普遍應用的最先進手段。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更優(yōu)越，其技術工程難度也更大。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月開始用戶實驗，這標志著自由電子激光的發(fā)展進入了硬X射線時代。

經(jīng)過多年努力，我國在軟X射線自由電子激光領域巳有良好的技術積累，但硬X射線自由電子激光裝置方面與發(fā)達國家有很大差距，對我國開展具有世界領先水平的前沿科學研究構成了制約。為支撐科學家挑戰(zhàn)最前沿的科學問題，提出更多原創(chuàng)理論，作出更多原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)，我國亟需推進硬X射線自由電子激光裝置建設。為此，“十一五”期間，上海布局建設了軟X射線自由電子激光試驗裝置項目，為建設硬X射線自由電子激光裝置莫定基礎。

硬X射線自由電子激光裝置項目是國家發(fā)展改革委聯(lián)合教育部、科技部等九個部門印發(fā)的《國家重大科技基礎設施建設“十三五”規(guī)劃》（以下簡稱《“十三五”規(guī)劃》）優(yōu)先布局建設的10個國家重大科技基礎設施項目之一。

二、內容及進展

包括一臺能量8吉電子伏特的超導直線加速器，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條光學束線以及首批10個試驗站，整條隧道每年不均勻沉降不大于20毫米，土建結構每10米長度每年沉降不超過1毫米。

建設項目土建結構包括五座工作井，十段隧道。同時配套建設實驗大廳、低溫工廠、輔助設施等。本項目建筑面積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號井區(qū)間隧道盾構直徑7米，2-5號井區(qū)間隧道盾構直徑6.6米。

本建設項目概算總投資949503.41萬元。其中，建筑安裝工程費286555.31萬元，工藝設備購置費577027.06萬元，工程建設其他費40706.59萬元，預備費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個超深工作井已于2020年底全部順利封底，1號工作井已經(jīng)完成頂板澆筑，1-2盾構區(qū)間于2021年開始正式掘進。

三、成果及意義

高重復頻率硬X射線自由電子激光裝置是一項具有世界領先水平的科學裝置，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，在秒到亞飛秒級時間分辨精度、微米到埃空間尺度下，觀測和控制物質在分子、原子、電子尺度的結構及其動態(tài)過程，探索物質的結構與功能，提示生命機理、化學反應、量子調控等前沿基礎科學問題，以及開展極端光物理和高能量密度物理研究的能力。

該項目是上海張江綜合性國家科學中心建設的標志性項目，設施建成后，總體性能可達到國際領先水平，并與現(xiàn)有同步輻射光源優(yōu)勢互補，在光子能量、重復頻率和運行模式等方面形成優(yōu)勢，為解決科學前沿和國家戰(zhàn)略需求中的重大科學問題提供高效先進的研究手段，對上海建設具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心具有重要意義，對推動我國基礎科學的快速發(fā)展具有不可替代的重要作用。