秋日深圳，光明科学城大科学装置集群的一块工地上，工程车忙碌着。这里是深圳中能高重复频率X射线自由电子激光项目（下称“深圳自由电子激光装置”）建设现场。今年国庆前一天，装置西区主体工程正式启动，标志着这一“国之重器”进入全面加速建设阶段。按计划，装置将于2032年实现出光。

工程加速推进的同时，一场“看不见的奔跑”也在紧张进行。深圳先进光源研究院（简称“深光院”）实验楼内，超快激光技术中心团队青年科研人员张百超，正为高重频自由电子激光装置打造一束“完美的种子”。

深圳自由电子激光装置效果图

历经多年集中攻关，深光院技术团队围绕自由电子激光超导加速器、高重复频率技术和实验站关键设备等核心方向，全面推进关键技术攻关与样机研制，目前已进入冲刺阶段。

实验楼一楼，一个迷你模型直观展示了装置的组成部分。可以想象，整个装置将犹如刻画在大地上的巨大“7”字。“7”字的起笔部分，是正在建设的西区主体工程。“7”字的主干部分，笔直的主体建筑外观像一把壮观的“X射线光剑”。“7”字的收笔部分，则布局着各类实验站。

深圳自由电子激光装置的特殊之处在于，光源还没建好，物质科学研究中心各实验站团队已经在想“用光做什么”。

未来，李振兴所在的星际化学实验站就在其中。尽管离装置出光、实验站建成投用还有时日，研究工作已安排得非常紧凑。作为大气与星际化学研究组负责人，李振兴和团队要通过低温表面样品制备和高灵敏光电离质谱系统装置，为实验室模拟星际极端环境创造条件。更直白地说，要开展前期预实验，验证技术是否可行，为后续实验站建设做技术铺垫。

物质科学研究中心 副研究员  李振兴

当他们为浩渺星空孜孜以求时，表面催化研究组负责人陈晓，正在另一间共建实验室内调试设备。这台今年经过验收的设备，可为催化机理研究提供原位表征平台。

物质科学研究中心 副研究员 陈晓

目前，全球尚无1兆赫兹高重频自由电子激光建成先例，同类型装置仅有中国上海和美国正处在调试和建设阶段的硬X射线自由电子激光项目。

根据规划，深圳自由电子激光装置首批将建设2条光束线和9个实验站。实验站团队成员兼具领域科学家与装置工程师双重身份，可精准匹配用户需求与装置设计要求。

9个实验站对应不同科学方向，李振兴和陈晓分别代表星际化学、能源催化两类典型用户，他们的预研正在提前验证实验站的技术路线，积累实验方法与数据。

一张巨大的不锈钢工作台上，按照24.5毫米间距打满孔洞，固定着像小镜子一样的光学仪器。一个1.5×1.2米的黑盒子罩在工作台上，里面布置了不同角度的“小镜子”，这是用来研究激光的光学平台。桌面激光的光源进入“黑箱子”，犹如产生折射魔法。

在这间超快激光实验室，张百超和同事们开展了数不清的试验。超快激光技术团队负责自由电子激光装置建设运行所需的各类激光系统。

超快激光技术中心  副研究员 张百超

今年开始，张百超和团队接下新任务：研制种子激光。种子激光是大科学装置稳定运行的关键基础。张百超需要针对高重频运行场景，研制性能优异、状态稳定的种子激光系统，为装置输出高品质激光打牢基础。

张百超希望打造一束“完美的种子”，同时把电光采样系统做成稳定可靠的在线诊断工具，但也面临着艰巨挑战。

只有把核心技术掌握在自己手里，“大国重器”才能站得住、立得牢。朝着这个目标，每一个细节都需要精益求精。

光束线技术中心、光学检测组工程师文志祥，要干的事情就是在单晶硅镜面上“找茬”。“比如这块镜子，要在600毫米长度范围内，把表面高度误差控制在1纳米以内。” 文志祥指着一块正在测试的物体说。这意味着，犹如从深圳到上海的高铁轨道上，有一个硬币厚的凸起，都要被检查出来。现在，实验室的光束线拼接干涉仪、长程面形仪都处于24小时“打工”、满额检测状态。

深圳先进光源研究院实验楼

在先进光源大科学装置中，科学家可以获得亮度高、方向性强、具有重要科研价值的光束。要将这些光束准确传输到实验站，并满足前沿科学实验要求，离不开高精度光学元件的引导和调控。反射镜等光学元件就像光束传输过程中的“精密方向盘”。难点在于，需要测量的误差非常微小，而仪器自身的运动、环境变化和测量系统也可能引入误差。

今年以来，深圳自由电子激光装置实验站关键技术研发迎来重大进展，表面催化原位研究、相干衍射光谱成像研究等16台样机顺利通过专家组验收，覆盖催化反应机理、相干光谱成像、星际化学、分子反应动力学、气溶胶质谱等研究方向，为后续实验站建设提供关键技术支撑。

作为国际顶级科学中心的标配，深圳自由电子激光装置以超导加速器技术为核心，实现多项关键突破，跻身世界领先行列。它将从信息材料研发到药物设计，从基础科学研究到仪器产业升级，解锁多领域创新可能。

能源催化实验站研究领域，与绿色化工、能源催化等产业结合紧密。“在煤化工的费托合成领域，只有从底层物理化学机制入手，才能实现催化效率和选择性的提升。大部分企业出于成本考虑，难以自行搭建一套昂贵的检测设备。”陈晓说。

深圳先进光源研究院综合楼

李振兴介绍，星际化学研究的主要方向是前沿基础研究领域，但相关研究成果也可以应用在比如核电站管道辐射腐蚀防护领域，“自由电子激光研究是一个整体，每个团队方向不同，在这个过程中会产生很多技术专利，甚至可以孵化企业。”

如何与产业结合、服务发展需求，是深圳自由电子激光装置从立项之初就不断思考的。装置所需的大量设备均为无成熟供应链的非标件，需要联合国内相关企业共同完成设计、制作、集成全流程工作。如今，在掌握核心技术后，相关技术可以转化为高端科学仪器产品，直接服务国内科研与产业发展需求。

“光束线上我们很多整套设备都是自行研发的，涉及多个供应商。项目既为合作企业提供了新订单，也同步输出了技术支持，帮助合作方突破原有技术能力边界，实现双赢。”文志祥说。

光束线技术中心 工程师 文志祥

事实上，作为高校区域技术转移转化中心高端科学仪器深圳分中心（简称“深圳分中心”）的依托单位，深光院将打造一整套针对性的科技成果转化全链条，推动一批高质量仪器成果从实验室走向应用，支持运用成熟成果创办企业。

而深圳自由电子激光大科学装置的建设，则为高端科学仪器“1到10”的成果转化提供了关键的工程化人才和应用场景。

从深圳出发，这把“X射线光剑”终将出光；比光更早到来的，是一整套握在自己手里的能力。