X射线自由电子激光试验装置

X射线自由电子激光试验装置(以下简称"SXFEL试验装置")是中国第一台X射线相干光源,其输出波长小于9 nm.这台基于0.84 GeV直线加速器、以掌握装置相关技术和实验演示种子型自由电子激光(FEL)级联与短波长回声型FEL为主要目标的自由电子激光装置,于2020年11月通过国家验收.本文将介绍SXFEL试验装置的...     

X射线自由电子激光

X射线自由电子激光是一种基于电子直线加速器的大型科学研究装置,可以产生超高亮度、超短脉冲、波长可调的相干X射线辐射,在物理、化学、材料、生命科学等诸多领域都有非常广泛和极为重要的应用。文章介绍了X射线自由电子激光的基本原理、运行模式、发展历程、国内外X射线自由电子激光大科学装置的发展态势以及近年来我国X射线自由电子激光装置的现状。     

用X射线自由电子激光拍摄分子电影

作为生命活动的基本单元,蛋白质等生物大分子的功能与分子结构和动力学密切相关。X射线衍射和电子显微技术能够确定原子分辨率的分子结构,但是分子在“工作”期间的结构演化还需要大量的方法研究。X射线自由电子激光(XFEL)因其特有的超高亮度飞秒脉冲,成为捕捉动力学过程中分子结构变化的利器。文章介绍了基于XFEL的“泵浦—探测”时间分辨实验方法,通过捕捉蛋白质分子被激发之后特定时刻的结构,拍摄高分辨的分子电影,展现分子在实现功能过程中的精细动力学,为准确理解分子机理奠定了基础。     

超快X射线自由电子激光研究进展北大核心CSCD

现代光源的发展不断推动着人们从更深层次上理解物质的基本结构和动力学行为。X射线自由电子激光作为最先进的光源,其超高的峰值功率、超短的脉冲长度和优良的相干性,为人们以原子级时空分辨率探测和操控物质中的超快过程提供了可能。目前全世界已有多个X射线自由电子激光装置建成并投入使用,在原子分子物理、化学、生命科学、材料科学等各学科应用中都显示出了重要价值。同时大量的研究工作也集中于继续提高X射线自由电子激光的性能,包括把脉冲持续时间从fs量级进一步缩短至as量级,这将为超快科学的发展带来新突破。以超快脉冲产生为主线,综述了近年来超快X射线自由电子激光产生方案的研究进展,从产生原理、方案特性、最新成果等方面介绍了各类产生方案,总结对比了各方案的优缺点,最后对超快X射线自由电子激光的未来发展方向进行了展望。     

X射线自由电子激光单颗粒成像研究

具有超高亮度、超短脉冲、全相干特性的X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Lasers,XFELs)的出现为超快时间研究与超微结构探索带来新的机遇,使得获取单分子、单颗粒原子分辨率图像及电影成为可能。随着德国FLASH、意大利FERMI、美国LCLS以及日本SACLA等装置的建成与投入使用,X射线自由电子激光已经进入了快速发展的阶段,一系列物理、化学、生物、材料科学领域的前沿研究成果不断涌现。为突破实验技术、工程设备及软件算法上的技术壁垒,相关科研机构通过国际合作,拟实现纳米颗粒、细菌、细胞、病毒、团簇及生物学大分子等单颗粒的原子分辨率成像。文章将聚焦单颗粒成像的发展历史、科学意义、研究背景、研究目标、研究规划、研究现状及世界各国的布局,并展望单颗粒成像未来的发展。     

中国参加X射线自由电子激光项目

2005年11月24日，中国加入了位于汉堡的德国电子同步加速器（Deutsches E1ectron Synchrotron，DESY）中心的X射线自由电子激光（X-ray Free-electron Laser，XFEL）项目，成为该项目的第一位非欧洲成员国。     

X射线自由电子激光晶体学在结构生物学中的应用

X射线晶体学是获得生物大分子三维空间结构最主要的方法。基于X射线自由电子激光的晶体学——串行飞秒晶体学方法的出现,以其独特的优势为结构生物学研究提供了一种全新的研究手段。文章主要介绍了串行飞秒晶体学方法在结构生物学领域的应用及所取得的成果。这些成果表明该方法是在亚纳米空间尺度和飞秒时间尺度、在接近于自然状态下进行生物大分子静态和动态结构研究的强有力手段。     

X射线自由电子激光在物理学中的应用

在原子/分子空间尺度直接探测微观世界的飞秒量级动态复杂过程一直是科学家追求的梦想。2009年,X射线自由电子激光装置的出现使得这个梦想成为可能。文章将介绍近年来利用X射线自由电子激光装置在凝聚态物理、非线性光学、高压物理等研究领域取得的一些突破性进展,并展望其未来在解决重大物理问题中的可能应用。     

X射线自由电子激光在化学与能源材料科学中的应用

在过去的十多年中,X射线自由电子激光器(X-ray Free Electron Laser,XFEL)的成功研制和快速发展,极大地推动了超快X射线光谱学实验技术的发展,并且在物理、化学和生物科学等不同研究领域获得了广泛的应用。通过飞秒激光脉冲对样品的激发,X射线可以在不同时间尺度下,跟踪固态、液态和气态等各种情况下样品的微观结构动力学过程。X射线吸收和发射光谱,衍射和散射是探测激光诱导结构变化的典型工具。文章将介绍近年来飞秒X射线技术的发展,及其在化学与能源材料领域的应用。相信随着上海X射线自由电子激光器的建成,将使得飞秒X射线技术在更多的科学领域发挥作用。     

X射线激光研究的进展概述

Ｘ射线激光是目前激光物理与等离子体物理中的一个重要研究领域，文章介绍了Ｘ射线激光的基本物理概念，最新研究动态，目前存在的问题和困难以及Ｘ射线激光研究和应用的发展趋势。     

高重频硬X射线自由电子激光脉冲到达时间诊断方法研究

X射线自由电子激光(XFEL)脉冲时间诊断技术常用于实验站附近XFEL脉冲和配套激光的相对到达时间探测,是飞秒级XFEL泵浦探测实验的重要辅助技术,为XFEL和激光泵浦探测实验中两种脉冲对准提供参考信号.随着XFEL向高重频、短脉冲发展,对时间诊断中的诊断频率、泵浦样品和分辨率提出了更高的要求.该技术通过泵浦探测和光学互相关实现,当XFEL脉冲入射高带宽半导体样品瞬间,导致样品复折射率突变,使XFEL到达时间编码于突变空间.本文基于空间编码和光谱编码两种方法,研发设计了XFEL单脉冲到达时间诊断装置;并通过Beer’s吸收理论和原子散射理论对X射线与样品作用过程进行模拟,研究了该过程中X射线吸收与折射率突变的响应程度,完善了样品的分析选择模型;对光谱编码中的啁啾脉冲调制进行分析,得到色散介质和脉冲本征参数对诊断分辨率的影响.该研究对XFEL脉冲到达时间诊断装置的应用具有指导意义.     

X射线激光理论研究进展

本文介绍了十几年来国际上以等离子体作为增益介质的Ｘ射线激光理论的研究动态、最新结果、存在问题及今后发展趋势．     

回声谐波放大型自由电子激光相干涡旋X射线产生方案

外种子型自由电子激光具有全相干、频谱稳定、极高亮度的优点,可以实现在超小空间和超快时间尺度下对物质结构的研究。具有特殊横向相位模式的光特别是具有螺旋相位的带轨道角动量的涡旋光已经在众多科学领域有了应用,基于自由电子激光原理产生的辐射横向模式基本上为简单的高斯模式,为产生具有横向螺旋相位的相干涡旋X射线,对基于回声谐波放大型(EEHG)自由电子激光产生涡旋光方案进行了深入研究,并且根据上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)的参数,进行了相关方案设计和模拟研究。三维模拟结果表明,外种子型EEHG自由电子激光可以产生峰值功率可达到GW量级的相干涡旋软X射线。     

交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素

交叉型波荡器是一种实现软X射线自由电子激光极化控制的有效方式。以自放大自发辐射自由光电子激光为例,采用统计的方法系统地分析了交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素。通过对光场相干长度、光脉冲两分量之间相对滑移长度和光场分量平均功率差异等的分析,给出了优化交叉型波荡器极化控制方案遵循的原则,即：辐射场相干时间尽可能长,光场分量相对滑移长度尽可能短,辐射场分量功率差异尽可能小等。该原则为交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制方案的优化提供了依据。     

交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素

 交叉型波荡器是一种实现软X射线自由电子激光极化控制的有效方式。以自放大自发辐射自由光电子激光为例,采用统计的方法系统地分析了交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制的影响因素。通过对光场相干长度、光脉冲两分量之间相对滑移长度和光场分量平均功率差异等的分析,给出了优化交叉型波荡器极化控制方案遵循的原则,即：辐射场相干时间尽可能长,光场分量相对滑移长度尽可能短,辐射场分量功率差异尽可能小等。该原则为交叉型波荡器软X射线自由电子激光极化控制方案的优化提供了依据。     

第九届国际X射线激光会议简讯

20 0 4年5月2 4日—2 8日“第九届国际X射线激光会议”在中国科学院物理研究所举行.来自美国、英国、法国、日本、中国等15个国家和地区的15 0多位科学家和研究人员参加了会议.X射线激光会议是国际上X射线激光领域最重要的系列学术会议之一,每两年一次,此次是第九届.本次会议主席为徐至展、王世绩和张杰院士.在5天的会议中,与会专家就近两年来毛细管放电X射线激光、瞬态碰撞激发的X射线激光、光离化X射线激光、泵浦X射线激光、X射线激光增益介质和光束性质的理论和模拟、深紫外辐射的高次谐波源、自由电子激光和其他基于加速器的X射线源…     

第八届全国X射线衍射学术会议简讯

由中国物理学会X射线专业委员会和中国晶体学会粉末衍射专业委员会主办，广西大学承办的“第八届全国X射线衍射学术会议”于2003年10月29日至11月5日在广西南宁举行．     

氖原子对2000 eV X射线激光透明的产生机制

X射线自由电子激光与物质相互作用时出现了X射线透明现象,研究X射线透明现象的产生机制对理解X射线自由电子激光与物质相互作用过程具有重要参考价值.本文基于FAC(Flexible Atomic Code)程序计算的氖原子(离子)对2000 eV X射线的光电离截面和俄歇衰变速率,确定了不同通量密度下氖原子的主要电离方式;通过建立和解速率方程,得到了确定的电离方式中氖元素各电子组态数目比例随时间变化的公式,计算了氖原子在通量密度为2000和10000?~(-2)·fs~(-1)、持续时间为20 fs、光子能量为2000 eV的X射线激光照射下,任意时刻各主要电子组态的原子数目比例和总的氖原子平均光电离截面.建立了价电子完整的空心原子的数目比例随通量密度和曝光时间变化的公式.发现裸核和空心原子都会导致X射线透明,且选择恰当的通量密度和脉冲持续时间可以使价电子完整的空心原子数目比例达到极高.     

X射线自由电子激光的原理和在生物分子结构测定研究中的应用

X射线具有短波长和强穿透能力,利用电子对X射线的散射能够研究材料和分子的精密内部结构。信号的质量高度依赖于X射线发射源。2009年,美国能源部下属的斯坦福线性加速器中心国家实验室建成世界上第一台具有原子分辨率能力的X射线自由电子激光设施(LCLS),从此X射线进入激光时代,人类所能使用的X射线的峰值亮度比最强的同步辐射X射线光源提高了100亿倍。文章简要介绍了X射线自由电子激光的发展历程、产生原理和特性,并结合具体实验研究对如何应用X射线激光研究生物学领域的分子结构和动态变化进行总结。     

上海软X射线自由电子激光装置直线加速器束流位置测量系统研制

上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）作为中国第一台工作在软X射线波段的第四代光源,其产生的激光具备短波长、全相干、超高亮度、超短脉冲长度等优点,预期将会在基础科学研究领域中发挥出重要的作用。基于直线加速器的特点和需求,在SXFEL的注入器与直线加速段上选择了条带型束流位置测量系统（SBPM）作为束团位置测量工具。该系统由SXFEL束测团队自主研发设计,由条带探头、前端信号调理电子学与专用数字信号束流位置处理器（DBPM）组成,系统设计上借鉴上海同步辐射光源（SSRF）的同类型设备,并根据SXFEL的特点做了进一步的优化,束流实验结果表明该系统位置测量系统分辨率好于5.7 μm@188 pC,达到国际先进水平,满足了SXFEL注入器和直线加速器段对束流位置测量分辨率的设计要求。