深圳自由电子激光项目实验站五台预研样机顺利验收

近日，深圳中能高重复频率 X 射线自由电子激光装置（S³FEL）实验站关键技术与关键样机研发项目迎来重大进展，表面催化原位研究、相干衍射光谱成像研究、低温表面样品制备和高灵敏度光电离质谱系统、高密度分子束流、纳米气溶胶质谱五台预研样机先后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、气溶胶质谱等多个研究方向，为后续实验站建设提供关键技术支撑。

本次五台样机分别组织验收，来自中国科学技术大学、哈尔滨工业大学（深圳）、南方科技大学、合肥国家实验室、中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院合肥物质科学研究院等多所高校及科研院所的专家，分别组成各台样机的验收专家组，经听取汇报、审阅材料、现场测试与质询讨论，一致同意所验收样机通过验收。

为催化机理研究提供原位表征平台

该样机将近常压 X 射线光电子能谱（NAP-XPS）与基于分子束取样的原位质谱探测技术联用，从元素和物种两个维度，原位测量催化反应过程中反应物种及催化剂结构的动态演变，突破单一探测技术局限；两大探测系统采用真空互联连接，搭配可快速拆装的微型反应腔，规避交叉污染、保障探测精度，可高灵敏捕捉短寿命反应中间体、高灵敏探测 XPS 信号，实现对催化过程的多角度原位测量。

表面化学反应机理研究：从元素和物种两个角度动态监测化学反应过程中反应物、中间物以及产物的变化，揭示表面化学反应机理。

多相催化：动态监测催化剂结构的演变，建立反应活性与催化剂结构间的构效关系，为催化剂设计提供科学依据。

为光学检测与动态成像提供高精度手段

该装置面向自由电子激光相干谱学成像关键技术的前期验证需求研制，以可见光离线实验平台为主要验证环境，形成高性能波前相位检测和超快单次曝光多色相干成像两大研究样机：波前相位检测装置基于相干调制成像（CMI）技术，通过随机相位调制器空间编码与相位恢复算法实现光场振幅和相位的定量重建，可实现连续波前测量；单次曝光多色相干成像系统建立六波长共轴照明、混合衍射数据采集及多波长联合重构方法，可由单幅衍射图样同时恢复多个波长的图像，并已在生物组织切片上完成多波长成像验证。

激光波前与光学元件面型检测：可为激光光束质量评价、光学系统装调及光学元件面形测量提供高密度、高精度动态检测。

为星际化学研究提供实验室模拟平台

该样机集成超高真空、超低温样品合成台、激光系统与四极杆质谱等技术，可在实验室模拟星际空间极端真空、超低温、强辐射环境，形成 "星际冰样品制备、宇宙射线辐照、高灵敏度质谱检测" 特色实验平台：通过氦循环冷头可将样品台温度降至 10 K 以下，经真空紫外辐照或电子轰击模拟星际冰样品并触发化学反应，程序升温脱附后由高灵敏度四极杆质谱完成痕量检测，实现星际分子的低温合成与高灵敏度检测。

星际冰介质的化学反应机制研究：模拟星际尘埃表面冰幔环境，合成制备星际复杂有机分子，构建复杂有机分子的化学演化网络。

为量子态选择实验提供一体化束流平台

该样机面向分子精密光谱与微观动力学研究对高分子通量、分子初始量子态准确表征与主动调控的需求，利用高压脉冲超声膨胀产生方向性好、碰撞背景低的高密度分子束流，并采用高精细度光腔增强技术，在分子束作用区域构建高功率窄线宽红外光场，实现指定振转态分子的高效率选择性制备；结合共振增强多光子电离与飞行时间质谱，实现分子量子态选择性探测，形成 "高密度束流产生 — 量子态选择制备 — 态选择诊断" 一体化实验平台。

可为分子散射动力学研究制备指定振转态分子，研究振动能量转移、低能非弹性散射及量子态选择化学反应，为微观化学反应调控提供实验依据；

也可提升弱振转跃迁探测信噪比，支撑分子精密光谱测量、光谱数据库完善及高灵敏分子光谱检测技术发展。

为大气化学研究提供高保真分子解析

该样机专为在线测量大气纳米至亚微米气溶胶颗粒物化学组分而设计，其化学组成是揭示新粒子生成、二次气溶胶形成及评估气候与健康效应的关键。针对传统气溶胶质谱碎片离子多、干扰原始组分解析的瓶颈，样机引入可调谐极紫外激光光源，利用单光子 "阈值电离" 软电离方式抑制分子断裂，完整保留颗粒原始分子信息；系统通过空气动力学透镜聚焦纳米颗粒束实现高效率传输，经热解吸模块瞬时气化后由极紫外激光完成电离，产生的离子由高分辨飞行时间质谱（TOF-MS）检测，分辨率优于 3000。

大气化学：可实时在线监测大气纳米至亚微米颗粒物，实现高保真组分分析，精准追溯排放源，揭示二次气溶胶的形成、老化及新粒子增长机理，为大气污染防控及气溶胶气候效应评估提供关键科学依据。

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