一、项目背景

X射线自由电子激光是目前全球物理、化学、生命科学、材料科学、能源科学等前沿领域开展基础研究普遍应用的最先进手段。X射线自由电子激光分为硬X射线和软X射线两类，其中硬X射线自由电子激光装置的性能指标更优越，其技术工程难度也更大。2009年4月，美国硬X射线自由电子激光装置首次实现了0.15纳米自由电子激光出光，并于2009年9月开始用户实验，这标志着自由电子激光的发展进入了硬X射线时代。

经过多年努力，我国在软X射线自由电子激光领域巳有良好的技术积累，但硬X射线自由电子激光装置方面与发达国家有很大差距，对我国开展具有世界领先水平的前沿科学研究构成了制约。为支撑科学家挑战最前沿的科学问题，提出更多原创理论，作出更多原创发现，我国亟需推进硬X射线自由电子激光装置建设。为此，“十一五”期间，上海布局建设了软X射线自由电子激光试验装置项目，为建设硬X射线自由电子激光装置莫定基础。

硬X射线自由电子激光装置项目是国家发展改革委联合教育部、科技部等九个部门印发的《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》（以下简称《“十三五”规划》）优先布局建设的10个国家重大科技基础设施项目之一。

二、内容及进展

包括一台能量8吉电子伏特的超导直线加速器，可以覆盖0.4到25千电子伏特光子能量范围的3条波荡器线、3条光学束线以及首批10个试验站，整条隧道每年不均匀沉降不大于20毫米，土建结构每10米长度每年沉降不超过1毫米。

建设项目土建结构包括五座工作井，十段隧道。同时配套建设实验大厅、低温工厂、辅助设施等。本项目建筑面积145386平方，其中地下：76253平方，地上：69133平方，地下埋深约为40~45米，地下连续墙深度83~89.8米。隧道工程直线距离为3110米，隧道总长度5525米。1-2号井区间隧道盾构直径7米，2-5号井区间隧道盾构直径6.6米。

本建设项目概算总投资949503.41万元。其中，建筑安装工程费286555.31万元，工艺设备购置费577027.06万元，工程建设其他费40706.59万元，预备费45214.45万元。资金来源为：申请国家安排投资20亿元，其余资金由上海市政府解决。

目前，5个超深工作井已于2020年底全部顺利封底，1号工作井已经完成顶板浇筑，1-2盾构区间于2021年开始正式掘进。

三、成果及意义

高重复频率硬X射线自由电子激光装置是一项具有世界领先水平的科学装置，硬X射线自由电子激光装置建成后，利用全光谱、非线性、多维度、超高峰亮值、超短脉冲和极好相干性的X射线，为广大科学家提供高分辨成像、超快过程探索等尖端研究手段，在秒到亚飞秒级时间分辨精度、微米到埃空间尺度下，观测和控制物质在分子、原子、电子尺度的结构及其动态过程，探索物质的结构与功能，提示生命机理、化学反应、量子调控等前沿基础科学问题，以及开展极端光物理和高能量密度物理研究的能力。

该项目是上海张江综合性国家科学中心建设的标志性项目，设施建成后，总体性能可达到国际领先水平，并与现有同步辐射光源优势互补，在光子能量、重复频率和运行模式等方面形成优势，为解决科学前沿和国家战略需求中的重大科学问题提供高效先进的研究手段，对上海建设具有全球影响力的科技创新中心具有重要意义，对推动我国基础科学的快速发展具有不可替代的重要作用。