近日，上海光源線站工程取得關鍵進展。
儲存環內安裝的國內首臺無源超導三次諧波腔模組將束團長度拉伸約3倍，結合束團純化系統，實現了混合束團填充模式下單束團流強高於20 mA（圖1），支援快速X光成像線站在國內首次成功實現了基於同步輻射光源的單脈衝超快硬X射線成像，其成像時間解析度達到60 ps，並被應用到氣泡動力學的超快測量，清晰觀測到在鐳射燒蝕後不同時刻水中氣泡的形核、長大、破裂以及射流過程的超瞬態影象，尤其是清晰觀測到傳統光學診斷手段無法觀測到的微射流過程（圖2），為氣泡動力學這一經典問題的深入研究帶來了嶄新的手段。
（圖1）超導三次諧波腔的安裝、就位和帶束除錯
（圖2） 單脈衝X射線超快成像在鐳射載入後不同時刻（15 μs、20 μs、30 μs、40 μs、50 μs）獲得的水中氣泡的瞬態影象並觀測到氣泡中的射流現象
上海光源儲存環採用被動式的超導高次諧波腔，執行頻率1500 MHz，自2006年進行理論與模型腔設計研究，後在上海光源線站工程加速器效能拓展中作為束團長度控制系統的工程任務，開展了超導腔、恆溫器、調諧器和高次模吸收器等的國產化自主研製。2021年2月，完成4.2 K下模組的水平測試，結果表明Q0~ 4.0×108 @ Eacc = 7.5 MV/m和Q0 ~ 3.8×108 @ Eacc = 10.0 MV/m；2021年8月，完成隧道內安裝就位、降溫和訊號除錯；2021年11月9日以來的帶束除錯，在儲存環均勻填充四個束團串共556個束團時，束團長度（半高寬）從55 ps拉長至122 ps；混合填充1個單束團和520個束團串時，束團長度（半高寬）拉長至165.7 ps，拉伸倍數約3倍，且單束團內的流強高於24 mA，皆優於系統設計指標，為快速X光成像線站的測試提供了良好的束流條件。
快速X光成像線站是一條硬X射線能量段、實現從毫秒到亞百皮秒時間分辨和微米級空間分辨成像的光束線站，該線站配置有先進的材料動態響應實驗平臺、高速流體動力學實驗平臺、動態顯微CT實驗平臺（圖3），其液氮冷卻低溫波盪器、液氮冷卻雙晶單色器、單脈衝超快X射線成像探測器（最短成像曝光時間60 ps）、高速X射線成像探測器（成像幀頻達到5 M fps）、快速X射線成像探測器（成像幀頻達到100000 fps）、快門系統（控制通光時間< 1 ms）、同步定時系統（定時精度達到5 ps）等光束線站關鍵裝置均由上海光源自主研製。特別是，研製成功大數值孔徑三鏡頭雙路光學轉換系統與兩個ICCD相機組合成雙幅單脈衝超快X射線成像探測器（圖4a）；與微通道板和高速CMOS相機組合成多幅單脈衝超快X射線成像探測器（圖4b）；可一次拍攝雙幅或多幅單脈衝成像影象，時間解析度可達60 ps，空間解析度可達1.3 μm，對於不可重複的超快過程可實現連續、高分辨、單脈衝超快X射線成像。如圖5所示，為基於研製的雙幅單脈衝超快X射線成像探測器拍攝得到鐳射載入後兩個時刻上的水中氣泡的瞬態影象，可以清晰觀測到一次鐳射載入後，水中氣泡在兩個時刻上不同的結構變化，兩幅影象之間最短時間間隔為1.44 μs（為電子繞儲存環一週的時間）。
（圖3） 快速X光成像線站實驗站
（圖4）研製的單脈衝超快X射線成像探測器。（a）研製的大數值孔徑三鏡頭雙路光學轉換系統，與兩個ICCD相機組合成雙幅單脈衝超快X射線成像探測器；（b）研製的大數值孔徑三鏡頭雙路光學轉換系統，與微通道板和高速CMOS相機組合成多幅單脈衝超快X射線成像探測器
（圖5.）基於研製的雙幅單脈衝超快X射線成像探測器拍攝得到鐳射載入後兩個時刻上的水中氣泡的瞬態影象，兩幅影象之間最短時間間隔為1.44 μs
此外，實驗站還配備了一級輕氣炮、霍普金森杆、燃油噴霧室、高溫樣品室、力學載入試驗機等原位裝置和自動換樣機械手。該線站的建成表明，上海光源自主建設高水平硬X射線光束線站的能力登上了新臺階，我國已成功突破了同步輻射X射線超快成像的關鍵技術並取得重要進展，這將為我國在材料衝擊響應、結構動力學、高速流體動力學、軟物質動力學等方向的基礎和應用研究提供了有力支撐，特別是為航空航天覆合材料、推進劑和輕質合金動態服役行為研究提供了超快顯微觀測能力，並對關鍵工程材料設計具有重要指導意義。
