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在深圳光明科學(xué)城，一座形似長(zhǎng)劍的銀色建筑正蓄勢(shì)待發(fā)，靜待“出鞘”。

這就是被央視《新聞聯(lián)播》稱為“超級(jí)光劍”的深圳自由電子激光裝置，建成后，這座國(guó)之重器將以每秒百萬(wàn)次脈沖的X射線激光，開(kāi)啟人類觀測(cè)微觀世界的“超清模式”。

深圳自由電子激光裝置全稱叫深圳中能高重復(fù)頻率X射線自由電子激光，是深圳光明科學(xué)城重大科技創(chuàng)新載體，也是全國(guó)第一臺(tái)由地方主導(dǎo)投資建設(shè)的先進(jìn)光源大科學(xué)裝置，這個(gè)裝置是目前全球僅有的3個(gè)重復(fù)頻率達(dá)一百萬(wàn)赫茲的自由電子激光項(xiàng)目。

從2024年7月獲批至今，這個(gè)總投資114億元的“科技之劍”已吸引全球頂尖科學(xué)家匯聚，與上海硬X射線裝置形成“雙子星”格局，更與松山湖科學(xué)城攜手構(gòu)建大灣區(qū)創(chuàng)新共同體。

未來(lái)，它的每一道光束，都在叩擊著新材料研發(fā)周期減半、生物醫(yī)藥研發(fā)效率躍升的產(chǎn)業(yè)變革之門(mén)。

從外觀上看，深圳自由電子激光裝置猶如一把蓄勢(shì)待發(fā)的 “超級(jí)光劍”。

據(jù)設(shè)計(jì)方介紹，建筑設(shè)計(jì)靈感源自 “昆吾劍切玉如泥” 的傳說(shuō)，整體呈竹筍拔節(jié)狀向上生長(zhǎng)，屋頂線條恰似寶劍出鞘，將建筑美學(xué)與科研功能完美融合，盡顯科技鋒芒。

該裝置于2024年7月可行性研究報(bào)告獲正式批復(fù)，項(xiàng)目總投資114億元，總建筑面積超35萬(wàn)平方米，規(guī)模宏大。目前各項(xiàng)建設(shè)工作正緊鑼密鼓地推進(jìn)。

它基于直線型超導(dǎo)加速器，是全新一代 X 射線相干光源大科學(xué)裝置。全球僅中國(guó)和美國(guó)布局建設(shè)該類型裝置，深圳自由電子激光裝置將成為全球三臺(tái)高重頻自由電子激光裝置之一，且是唯一一臺(tái)優(yōu)勢(shì)波段位于極紫外至軟 X 射線波段的同類型裝置。

據(jù)介紹，建設(shè)這樣的大科學(xué)裝置面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，需攻克高重復(fù)頻率、高亮度 X 射線自由電子激光產(chǎn)生的難題，對(duì)超導(dǎo)加速器、光束線等關(guān)鍵技術(shù)要求極高。

例如，超導(dǎo)低溫技術(shù)中心需確保超導(dǎo)加速器在極低溫度下穩(wěn)定運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)電子的高速加速；超快激光技術(shù)中心要提供超短脈沖、高能量的激光，用于電子束的調(diào)制。

此外，工程建設(shè)方面，要保證超長(zhǎng)跨度、超高精度的建筑施工，滿足裝置對(duì)穩(wěn)定性、防震等嚴(yán)格要求，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不容有失。

作為深圳首個(gè)通過(guò)國(guó)家發(fā)改委“窗口指導(dǎo)”的大科學(xué)裝置，其2024年7月獲批可研報(bào)告后，深光院（深圳先進(jìn)光源研究院）迅速組建八大技術(shù)中心，從加速器技術(shù)到超快激光系統(tǒng)，全力攻克超高精度設(shè)備研制與復(fù)雜系統(tǒng)集成難題。

目前裝置初步設(shè)計(jì)及概算正在優(yōu)化，預(yù)先研究與實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)同步推進(jìn)，這座被列入2025年深圳市重大項(xiàng)目的“科技光劍”，正朝著照亮微觀宇宙的目標(biāo)穩(wěn)步進(jìn)發(fā)。

作為全球僅有的三臺(tái)高重頻自由電子激光項(xiàng)目之一，深圳自由電子激光裝置不僅能夠發(fā)出世界上最亮的軟X射線和極紫外光，還將與規(guī)劃中的同步輻射裝置“交相輝映”，為材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域提供革命性的研究手段。

它的建成將極大助力物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的原始創(chuàng)新，并為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才、匯聚全球頂尖人才提供重要平臺(tái)，成為推動(dòng)粵港澳大灣區(qū)乃至全國(guó)科技進(jìn)步的重要力量。

深圳自由電子激光的核心突破在于其時(shí)空分辨率的顛覆性提升。傳統(tǒng)同步輻射光源如同照相機(jī)，只能捕捉分子靜態(tài)瞬間；而這臺(tái)裝置則以每秒百萬(wàn)次的高頻脈沖，形成亮度超太陽(yáng)百億倍的極紫外與軟X射線激光束，相當(dāng)于一臺(tái)超高速攝影機(jī)。它能實(shí)時(shí)追蹤化學(xué)鍵斷裂、蛋白質(zhì)折疊等原子尺度的飛秒級(jí)動(dòng)態(tài)過(guò)程，將微觀研究帶入“分子電影”時(shí)代。

獨(dú)特波段設(shè)計(jì)使其成為不可替代的科研利器。相比上海SHINE聚焦硬X射線，深圳裝置的優(yōu)勢(shì)波段（極紫外-軟X射線）對(duì)輕元素更為敏感，特別適用于觀測(cè)有機(jī)分子、生物組織及催化劑表面反應(yīng)。中科院院士楊學(xué)明指出，該裝置將引領(lǐng)新一代信息技術(shù)、生物醫(yī)藥、能源催化等領(lǐng)域的原始創(chuàng)新，為破解“卡脖子”技術(shù)提供全新視角。其光束線站設(shè)計(jì)可同時(shí)服務(wù)多學(xué)科實(shí)驗(yàn)，如同一座永不落幕的微觀世界“觀測(cè)站”。

這把“科技光劍”的鋒芒將賦能產(chǎn)業(yè)前沿。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，它能解析病毒入侵細(xì)胞的瞬間機(jī)制，加速靶向藥物設(shè)計(jì)；在新材料研發(fā)中，可實(shí)時(shí)觀察電池充放電過(guò)程的離子運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)儲(chǔ)能材料突破。

目前，深光院已與多家高新技術(shù)企業(yè)共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，在高端科學(xué)儀器、紅外激光3D打印、氫能催化劑等領(lǐng)域開(kāi)展橫向攻關(guān)，實(shí)踐科技成果“沿途下蛋”。

這個(gè)裝置的戰(zhàn)略價(jià)值更輻射整個(gè)大灣區(qū)。作為粵港澳綜合性國(guó)家科學(xué)中心的核心設(shè)施，該裝置與東莞散裂中子源形成“雙子星”互補(bǔ)。

據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，它將滿足芯片制造、精準(zhǔn)醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)的升級(jí)需求，推動(dòng)大灣區(qū)形成高新技術(shù)集群。南科大同步建設(shè)的材料基因組大科學(xué)裝置，正通過(guò)激光3D打印、非晶陶瓷等技術(shù)與深圳“20+8”產(chǎn)業(yè)集群對(duì)接，雙裝置協(xié)同有望將新材料研發(fā)周期與成本雙雙減半。

值得一的是，深圳自由電子激光裝置是光明科學(xué)城創(chuàng)新版圖的一塊拼圖。

“十四五”期間，深圳市在光明科學(xué)城這片99平方公里的熱土上，布設(shè)了一系列重大科技創(chuàng)新載體：數(shù)學(xué)科學(xué)軸上，布設(shè)了“鵬城云腦Ⅲ”、國(guó)家超級(jí)計(jì)算深圳中心（二期）等；物質(zhì)科學(xué)軸上，落子了深圳中能高重復(fù)頻率X射線自由電子激光裝置和材料基因組重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、特殊環(huán)境材料器件科學(xué)與應(yīng)用研究設(shè)施；生命科學(xué)軸上，布局了腦解析與腦模擬重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、合成生物研究重大科技基礎(chǔ)設(shè)施、光明科學(xué)城P3實(shí)驗(yàn)室。

目前，合成生物研究、腦解析與腦模擬、材料基因組三大科學(xué)設(shè)施已建成啟用，其他設(shè)施也正加快建設(shè)。

隨著一系列重大科技創(chuàng)新載體的布局和頂尖人才的不斷涌入，光明科學(xué)城正逐漸成為世界級(jí)科學(xué)中心的核心承載區(qū)。通過(guò)教育、科技、人才的一體化發(fā)展，光明科學(xué)城不僅匯聚了一批批國(guó)內(nèi)外頂尖科學(xué)家，還通過(guò)深化跨區(qū)域、跨機(jī)構(gòu)、跨學(xué)科的合作，探索出了大灣區(qū)科技自立自強(qiáng)的“光明實(shí)踐”。

在通往科技強(qiáng)國(guó)的道路上，“深圳光劍”即將出鞘，將以無(wú)盡的光芒照亮著中國(guó)基礎(chǔ)研究的創(chuàng)新之路，為粵港澳大灣區(qū)建設(shè)國(guó)際科技創(chuàng)新中心提供堅(jiān)實(shí)支撐。