เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ SHINE ของจีนประสบความสำเร็จในการสร้างแสงครั้งแรก ขณะเซี่ยงไฮ้ตั้งเป้าเปิดใช้งานปี 2027

ลำอิเล็กตรอน 4 GeV ทำให้โครงการสำคัญในเซี่ยงไฮ้เข้าใกล้การเปิดใช้งาน

SHINE ศูนย์วิจัยของจีนในเซี่ยงไฮ้ สร้างแสงเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระได้เป็นครั้งแรก โดยใช้ลำอิเล็กตรอนที่พลังงาน 4 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (GeV) หรือครึ่งหนึ่งของพลังงานที่วางแผนไว้สำหรับเครื่องเร่งอนุภาคเมื่อก่อสร้างเสร็จ มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เทคประกาศความสำเร็จครั้งนี้เมื่อวันที่ 21 ตุลาคม นับเป็นก้าวสำคัญสู่เป้าหมายการก่อสร้างและเปิดดำเนินงานโครงการภายในสิ้นปี 2027

แสงแรกเกิดจากโมดูลอันดูเลเตอร์ 18 ชุด แต่ละชุดยาว 4 เมตร และมีรูปแบบแม่เหล็กที่ซ้ำกันทุก 55 มิลลิเมตร เมื่อนำมารวมกัน โมดูลเหล่านี้มีโครงสร้างแม่เหล็กรวมยาว 72 เมตร ทำหน้าที่บังคับให้อิเล็กตรอนความเร็วสูงเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางคดเคี้ยวและแผ่แสงออกมา ก่อนที่แสงจะรวมตัวเป็นพัลส์เลเซอร์ความเข้มสูง

SHINE ย่อมาจาก Shanghai High repetition rate XFEL and Extreme light facility ออกแบบมาเพื่อช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษาโครงสร้างในระดับนาโนเมตรและการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในช่วงเฟมโตวินาที หนึ่งนาโนเมตรเท่ากับหนึ่งในพันล้านของเมตร ส่วนหนึ่งเฟมโตวินาทีเท่ากับหนึ่งในล้านล้านของวินาที มาตราส่วนเหล่านี้ช่วยให้นักวิจัยศึกษารูปแบบโครงสร้างขนาดจิ๋วและการเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วของอะตอมและโมเลกุล

การก่อสร้างเริ่มขึ้นในเดือนเมษายน 2018 เมื่อแล้วเสร็จ เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นยิ่งยวดนี้คาดว่าจะทำงานได้ที่พลังงาน 8 GeV โดยโหมดการทำงานบางแบบจะปล่อยพัลส์รังสีเอกซ์ได้สูงสุดหนึ่งล้านครั้งต่อวินาที อันดูเลเตอร์สองแนวแรกคาดว่าจะครอบคลุมพลังงานโฟตอนตั้งแต่ 0.2 ถึง 15 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ (keV)

ความสำเร็จล่าสุดคือการผลิตแสงเลเซอร์ระหว่างการทดสอบเดินระบบ ซึ่งเป็นกระบวนการทำให้อุปกรณ์พร้อมใช้งานและตรวจสอบประสิทธิภาพ การทดลองตามปกติสำหรับนักวิจัยที่เดินทางมาใช้งานยังเป็นส่วนหนึ่งของแผนเปลี่ยนผ่านสู่การเปิดดำเนินงานในปี 2027 มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เทคยังไม่ได้ประกาศวันเปิดใช้งานที่แน่นอนหรือตารางการสมัครสำหรับนักวิจัย

อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่สร้างเลเซอร์เอ็กซ์เรย์ได้อย่างไร

SHINE เริ่มต้นจากอิเล็กตรอน แทนที่จะใช้วัสดุสร้างแสงที่พบในเลเซอร์ทั่วไปหลายชนิด เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นจะเพิ่มพลังงานให้อิเล็กตรอน จากนั้นส่งผ่านอันดูเลเตอร์ ซึ่งสนามแม่เหล็กสลับขั้วจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ส่ายไปมาและแผ่รังสีออกมา

อิเล็กตรอนและรังสีจะมีปฏิสัมพันธ์กันขณะเคลื่อนผ่านโมดูลต่อเนื่องกัน ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม อิเล็กตรอนจะรวมตัวเป็นกลุ่มขนาดเล็กและแผ่รังสีพร้อมกัน ทำให้แสงทวีความเข้มจนกลายเป็นพัลส์ทรงพลัง พลังงานของอิเล็กตรอนและระยะห่างของโครงสร้างแม่เหล็กช่วยกำหนดพลังงานของโฟตอนที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นหน่วยย่อยที่ประกอบกันเป็นแสง

ตัวเลข 4 GeV หมายถึงพลังงานของลำอิเล็กตรอนที่ใช้สร้างแสงครั้งแรก ส่วนช่วง 0.2 ถึง 15 keV หมายถึงพลังงานของโฟตอนที่คาดว่าจะได้จากแนวลำแสงสองแนวแรก ตัวเลขเหล่านี้วัดองค์ประกอบคนละส่วนของเครื่อง โดย GeV ในที่นี้หมายถึงอนุภาคที่ขับเคลื่อนกระบวนการ ขณะที่ keV หมายถึงรังสีเอกซ์ที่ใช้ในการทดลอง

SHINE ใช้เครื่องเร่งอนุภาคยิ่งยวดแบบคลื่นต่อเนื่อง ส่วนประกอบยิ่งยวดทำงานที่อุณหภูมิต่ำมากและนำกระแสไฟฟ้าได้โดยมีความต้านทานน้อยมาก การทำงานแบบคลื่นต่อเนื่องทำให้สนามคลื่นความถี่วิทยุของเครื่องเร่งอนุภาคทำงานได้อย่างต่อเนื่อง รองรับกลุ่มอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นถี่ แทนการทำงานเป็นชุด ๆ ที่เว้นระยะห่างกันมาก

แนวลำแสงสามแนว ครอบคลุมช่วงพลังงานต่างกัน

ระยะแรกโดยรวมมีขนาดใหญ่กว่าอุปกรณ์ที่ใช้ในหมุดหมายการสร้างแสงครั้งแรก เอกสารรายงานความคืบหน้าปี 2024 ของโครงการ ซึ่งนำเสนอในการประชุมนานาชาติว่าด้วยเครื่องเร่งอนุภาค ระบุว่ามีแนวอันดูเลเตอร์สามแนว ท่อลำเลียงรังสีเอกซ์สามแนว และสถานีทดลอง 10 แห่ง ครอบคลุมช่วงพลังงานโฟตอนพื้นฐาน 0.4 ถึง 25 keV

FEL-I ออกแบบให้ครอบคลุม 3 ถึง 15 keV, FEL-II ครอบคลุม 0.4 ถึง 3 keV และ FEL-III ครอบคลุม 10 ถึง 25 keV ส่วน FEL-II ผลิตรังสีเอกซ์พลังงานต่ำที่สุด หรือรังสีเอกซ์อ่อน ขณะที่อีกสองแนวผลิตรังสีเอกซ์แข็ง ซึ่งมีพลังงานโฟตอนสูงกว่าและความยาวคลื่นสั้นกว่า

ช่วง 0.2 ถึง 15 keV ที่ระบุในประกาศล่าสุดครอบคลุมสองแนวแรก ส่วนช่วงพื้นฐานที่กว้างกว่า คือ 0.4 ถึง 25 keV รวม FEL-III ด้วย เอกสารปี 2024 ยังกล่าวถึงทางเบี่ยงเพิ่มเติม ซึ่งจะส่งลำอิเล็กตรอนพลังงาน 5 GeV ไปยัง FEL-II เพื่อขยายช่วงพลังงานเอาต์พุตลงไปถึง 0.2 keV

เอกสารฉบับเดียวกันระบุว่า FEL-I จะมีอันดูเลเตอร์ระนาบ 42 ชุด และ FEL-II มี 32 ชุด พร้อมอันดูเลเตอร์อีกสี่ชุดที่ปลายทาง ซึ่งปรับโพลาไรเซชันหรือทิศทางการสั่นของสนามไฟฟ้าในแสงได้ โมดูล 18 ชุดที่ใช้สร้างแสงครั้งแรกเป็นหนึ่งในรูปแบบการทดสอบเดินระบบของการติดตั้งขนาดใหญ่ตามแผน

สมรรถนะยังแตกต่างกันไปตามแนวลำแสง การออกแบบกำหนดให้ FEL-I และ FEL-II มีพัลส์ยาวประมาณ 30 เฟมโตวินาที และอัตราการเกิดซ้ำสูงสุด 1 MHz หรือหนึ่งล้านพัลส์ต่อวินาที งานศึกษาทางเทคนิคปี 2023 ระบุว่า FEL-III ทำงานได้สูงสุด 0.1 MHz หรือ 100,000 พัลส์ต่อวินาที

สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์อาจมองเห็นได้ด้วยพัลส์ที่สั้นมาก

วิทยาศาสตร์ชีวภาพ วัสดุควอนตัม และการวิจัยพลังงานแห่งอนาคต เป็นหนึ่งในเป้าหมายการใช้งานของ SHINE การผสานการศึกษาระดับโครงสร้างขนาดเล็กเข้ากับการถ่ายภาพในช่วงเวลาสั้นมากเป็นหัวใจสำคัญของเป้าหมายเหล่านี้ นักวิจัยต้องการทำความเข้าใจทั้งการจัดเรียงตัวของสสารและการเปลี่ยนแปลงของการจัดเรียงนั้น

พัลส์รังสีเอกซ์ที่สั้นสามารถบันทึกภาพช่วงหนึ่งของกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วได้ การทดลองซ้ำโดยปรับช่วงเวลาระหว่างการเริ่มกระบวนการกับการยิงรังสีเข้าไปตรวจสอบ อาจช่วยให้นักวิจัยเรียงลำดับการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ ได้ คล้ายกับการนำภาพนิ่งหลายภาพมาต่อเป็นภาพยนตร์ พัลส์ที่เกิดขึ้นถี่เปิดโอกาสให้เก็บข้อมูลได้มากขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อสัญญาณแต่ละครั้งอ่อน

สถานีทดลองระยะแรกมีแผนใช้การถ่ายภาพด้วยการเลี้ยวเบนแบบสอดคล้อง สเปกโทรสโกปีรังสีเอกซ์ความเร็วสูงพิเศษ การวัดโฟโตอิเล็กตรอน และผลึกศาสตร์แบบอนุกรมระดับเฟมโตวินาที การถ่ายภาพด้วยการเลี้ยวเบนสร้างภาพโครงสร้างขึ้นใหม่จากรูปแบบที่เกิดเมื่อรังสีเอกซ์กระเจิงจากตัวอย่าง ส่วนสเปกโทรสโกปีศึกษาวิธีที่สสารดูดกลืนหรือปล่อยรังสี ซึ่งเผยข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของสสาร

ผลึกศาสตร์แบบอนุกรมระดับเฟมโตวินาทีเก็บรูปแบบการเลี้ยวเบนจากผลึกขนาดเล็กจำนวนมากที่ได้รับพัลส์สั้นมาก เทคนิคโฟโตอิเล็กตรอนวัดอิเล็กตรอนที่ถูกแสงปลดปล่อยออกมา ช่วยให้นักวิจัยศึกษาพฤติกรรมของอิเล็กตรอนภายในวัสดุ วิธีการต่าง ๆ ที่วางแผนไว้จะช่วยให้ SHINE มีหลายแนวทางในการเชื่อมโยงโครงสร้างระดับจุลภาคเข้ากับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือเคมีที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว

ควบคุมคุณสมบัติของแสงได้มากขึ้น

แนวรังสีเอกซ์อ่อนของ SHINE ออกแบบให้รองรับโหมดการทำงานหลายแบบ ไม่ใช่พัลส์เพียงชนิดเดียว งานศึกษาแนวลำแสงปี 2023 ที่ตีพิมพ์ใน Frontiers in Physics ระบุว่าตัวเลือกพื้นฐานประกอบด้วยการปล่อยรังสีแบบเกิดขึ้นเองและขยายกำลัง การเพาะเมล็ดด้วยตัวเอง การเพาะเมล็ดจากภายนอก และการควบคุมโพลาไรเซชัน

การปล่อยรังสีแบบเกิดขึ้นเองและขยายกำลัง ซึ่งมักเรียกย่อว่า SASE ทำให้เลเซอร์เติบโตจากรังสีตั้งต้นที่อิเล็กตรอนปล่อยออกมาเอง ส่วนการเพาะเมล็ดใช้สัญญาณตั้งต้นที่ควบคุมได้มากกว่า การเพาะเมล็ดด้วยตัวเองกรองรังสีเอกซ์บางส่วนแล้วนำไปกระตุ้นการขยายกำลังต่อ ส่วนการเพาะเมล็ดจากภายนอกเริ่มด้วยเลเซอร์อีกชุดหนึ่ง วิธีเหล่านี้มีเป้าหมายเพื่อผลิตแสงที่ควบคุมสเปกตรัมและลักษณะการจับเวลาได้แม่นยำยิ่งขึ้น

งานศึกษาระบุถึงแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์อ่อนที่มี 32 โมดูล แต่ละชุดยาว 4 เมตร โดยมีคาบแม่เหล็กหลัก 55 มิลลิเมตร โมดูลต้นทาง 14 ชุดออกแบบให้สลับคาบระหว่าง 55 และ 75 มิลลิเมตรได้ ความยืดหยุ่นนี้รองรับเงื่อนไขการทำงานและเทคนิคต่าง ๆ สำหรับแปลงรังสีจากเลเซอร์ตั้งต้นให้มีความยาวคลื่นสั้นลง

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องบางส่วนผ่านการทดสอบแล้วที่ศูนย์เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระรังสีเอกซ์อ่อนเซี่ยงไฮ้ ซึ่งเป็นอีกแห่งหนึ่งและรู้จักกันในชื่อ SXFEL งานศึกษาระบุว่ามีการยิงเลเซอร์ที่ฮาร์มอนิกลำดับ 47 และ 54 โดยใช้การสร้างฮาร์มอนิกที่เปิดใช้งานด้วยเอคโค ซึ่งเป็นวิธีจัดกลุ่มอิเล็กตรอนให้ปล่อยรังสีที่ความถี่ทวีคูณของเลเซอร์ตั้งต้น และยังบันทึกสัญญาณที่ฮาร์มอนิกลำดับ 61 ด้วย

โมโนโครเมเตอร์ ซึ่งเป็นอุปกรณ์ทางแสงที่คัดเลือกช่วงพลังงานโฟตอนให้แคบ ได้รับการทดสอบที่ SXFEL เมื่อสิ้นปี 2022 โดยทำกำลังแยกสเปกตรัมได้สูงกว่า 5,300 ที่พลังงาน 520 อิเล็กตรอนโวลต์ งานพัฒนาลักษณะนี้สนับสนุนความพยายามในการส่งมอบพัลส์รังสีเอกซ์ที่คัดเลือกได้แม่นยำยิ่งขึ้นที่ SHINE งานศึกษายังกล่าวถึงความเป็นไปได้ในอนาคต รวมถึงพัลส์ที่ยาวระดับอัตโตวินาที ซึ่งสั้นกว่าหนึ่งเฟมโตวินาทีหนึ่งพันเท่า

เลเซอร์ 100 เพตะวัตต์สำหรับสภาวะสุดขั้ว

SHINE ยังวางแผนสร้างสถานีแสงสุดขั้ว ซึ่งจะผสานเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเข้ากับเลเซอร์พัลส์สั้นพิเศษที่มีกำลัง 100 เพตะวัตต์ โครงการระบุว่านี่จะเป็นสถานีทดลองแห่งแรกของโลกที่รวมเลเซอร์กำลังระดับดังกล่าวเข้ากับเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ

หนึ่งเพตะวัตต์เท่ากับหนึ่งล้านล้านวัตต์ ตัวเลข 100 เพตะวัตต์หมายถึงกำลังสูงสุดในช่วงพัลส์ที่สั้นมาก การอัดพลังงานไว้ในช่วงเวลาสั้นเช่นนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทรงพลัง เพื่อใช้ทดลองกับสสารภายใต้สภาวะสุดขั้ว

รายงานความคืบหน้าปี 2024 ระบุว่าเป้าหมายการวิจัยของสถานีนี้รวมถึงพลศาสตร์ไฟฟ้าควอนตัมสนามเข้ม ซึ่งอธิบายปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า สนามที่เข้มข้นอย่างยิ่งช่วยให้นักวิจัยศึกษาปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวในสภาวะที่เกินกว่าการทดลองทั่วไปในห้องปฏิบัติการอย่างมาก

การติดตั้งแบบผสานนี้ยังมีเป้าหมายเพื่อรองรับฟิสิกส์สสารความหนาแน่นพลังงานสูง ซึ่งศึกษาสสารที่มีพลังงานปริมาณมากกระจุกตัวอยู่ในปริมาตรขนาดเล็ก การนำเลเซอร์แสงที่เข้มข้นและรังสีเอกซ์สำหรับตรวจวัดมาใช้ในการทดลองเดียวกัน จะช่วยให้นักวิจัยสร้างสภาวะสุดขั้วและตรวจสอบสิ่งที่เกิดขึ้นภายในสภาวะเหล่านั้นได้

ประสานการทำงานของเครื่องจักรที่ยาวกว่า 3 กิโลเมตร

SHINE มีความยาวประมาณ 3.1 กิโลเมตร และก่อสร้างอยู่ใต้ดินลึกราว 29 เมตร ขนาดของโครงการทำให้การควบคุมเวลา การควบคุมอุปกรณ์ และระบบป้องกันที่ตอบสนองรวดเร็ว เป็นองค์ประกอบสำคัญของเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์นี้ไม่แพ้เครื่องเร่งอนุภาคและแม่เหล็ก

บทความเกี่ยวกับระบบควบคุมในวารสาร Nuclear Engineering and Technology อธิบายระบบที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมอุปกรณ์ได้สูงสุด 10,000 ชิ้น ซึ่งรวมถึงแหล่งจ่ายไฟ เลเซอร์ อุปกรณ์สุญญากาศ และส่วนประกอบอื่น ๆ ที่กระจายอยู่ทั่วกลุ่มอาคารเครื่องเร่งอนุภาค

ระบบนี้ใช้กรอบการทำงาน Experimental Physics and Industrial Control System หรือ EPICS เพื่อเชื่อมระบบควบคุมอุปกรณ์เข้ากับส่วนติดต่อผู้ปฏิบัติงาน การเก็บข้อมูล และการตรวจสอบเฝ้าระวัง เครือข่ายจับเวลาที่ใช้เทคโนโลยี White Rabbit กระจายสัญญาณนาฬิกาไปทั่วศูนย์ ระบบจับเวลาของชุดฉีดอนุภาคได้รับการติดตั้งและใช้งานได้สำเร็จ โดยกระจายสัญญาณที่ความถี่ 1.003086 MHz

การป้องกันเครื่องจักรเป็นอีกหนึ่งภารกิจที่ท้าทาย การออกแบบติดตามสัญญาณขัดข้องประมาณ 5,000 รายการ และใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบตั้งโปรแกรมได้เพื่อลดกำลังหรือหยุดลำอนุภาคเมื่อสภาพของอุปกรณ์จำเป็นต้องทำเช่นนั้น บทความระบุว่าเวลาตอบสนองภายในสถานีต่ำกว่าหนึ่งไมโครวินาที และระหว่างสถานีต่ำกว่า 30 ไมโครวินาที ระบบป้องกันที่ตอบสนองรวดเร็วช่วยจำกัดความเสียหายหากลำอนุภาคกำลังสูงเคลื่อนที่ออกนอกเงื่อนไขที่กำหนดไว้

ขณะที่ส่งบทความฉบับดังกล่าว มีเพียงชุดฉีดอนุภาคที่ทำงานได้จริง ส่วนระบบควบคุมเครื่องเร่งอนุภาคทั้งหมดยังอยู่ระหว่างการพัฒนา ประกาศความสำเร็จในการสร้างแสงครั้งแรกในเวลาต่อมาแสดงถึงความคืบหน้าอีกขั้นของการทดสอบเดินระบบ การผสานเครื่องเร่งอนุภาค ระบบลำเลียงรังสี ระบบป้องกัน และสถานีทดลองเข้าด้วยกัน ยังคงเป็นหัวใจสำคัญของแผนเปลี่ยนผ่านสู่การใช้งานวิจัยตามปกติ

ใครเป็นผู้สร้าง SHINE และขั้นตอนต่อไปคืออะไร

มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เทคเป็นนิติบุคคลที่รับผิดชอบการก่อสร้าง หน้าที่ของมหาวิทยาลัยรวมถึงการวางแผนโครงการ การกำกับดูแลงานวิศวกรรม การจัดการคุณภาพและความปลอดภัย ตลอดจนการดำเนินงานในอนาคตและการเปิดให้เข้าถึง นอกจากนี้ยังรับผิดชอบงานวิศวกรรมโยธา สถานีทดลองห้าแห่ง และงานก่อสร้างแนวลำแสงบางส่วน

สถาบันวิจัยขั้นสูงเซี่ยงไฮ้ของสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีนรับผิดชอบเครื่องเร่งอนุภาค อันดูเลเตอร์ ระบบสาธารณูปโภค และแนวลำแสงบางส่วน ส่วนสถาบันทัศนศาสตร์และกลศาสตร์ละเอียดเซี่ยงไฮ้กำลังก่อสร้างสถานีแนวลำแสงฟิสิกส์โฟตอนสุดขั้ว การแบ่งหน้าที่นี้ทำให้การดูแลเครื่องเร่งอนุภาค อุปกรณ์ทดลอง และการให้บริการนักวิจัยในอนาคตกระจายอยู่ในหลายสถาบัน

หมุดหมายความคืบหน้าที่เผยแพร่ของโครงการแสดงให้เห็นการเดินหน้าจากการก่อสร้างใต้ดินสู่การทดสอบลำอนุภาค:

• เมษายน 2018: เริ่มงานก่อสร้างโยธาในเซี่ยงไฮ้
• สิ้นปี 2022: การทดสอบโมโนโครเมเตอร์ที่ SXFEL ทำกำลังแยกสเปกตรัมได้สูงกว่า 5,300 ที่พลังงาน 520 อิเล็กตรอนโวลต์
• เมษายน 2023: เริ่มติดตั้งชุดฉีดอนุภาคของ SHINE
• สิ้นปี 2023: ปล่องและอุโมงค์ทั้งหมดก่อสร้างเสร็จแล้ว ตามรายงานความคืบหน้าปี 2024
• ประกาศวันที่ 21 ตุลาคม: มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เทคเปิดเผยความสำเร็จในการสร้างแสงครั้งแรก โดยใช้ลำอิเล็กตรอนพลังงาน 4 GeV และโมดูลอันดูเลเตอร์ 18 ชุด
• สิ้นปี 2027: SHINE ตั้งเป้าก่อสร้างแล้วเสร็จและเปิดดำเนินงาน

กำหนดการทางเทคนิคก่อนหน้านี้มีการปรับเปลี่ยนตามความคืบหน้าการก่อสร้าง งานศึกษาแนวลำแสงปี 2023 คาดว่า FEL-II จะเริ่มทดสอบเดินระบบในฤดูใบไม้ผลิปี 2025 ส่วนรายงานความคืบหน้าปี 2024 ระบุว่าการยิงเลเซอร์ครั้งแรกภายในสิ้นปี 2025 เป็นไปได้แต่ท้าทาย และคาดว่าจะเริ่มการทดลองของผู้ใช้งานในปี 2027 ประกาศล่าสุดระบุเป้าหมายการก่อสร้างและเปิดดำเนินงานไว้ที่สิ้นปี 2027

SHINE ถูกระบุว่าเป็นหนึ่งในสองศูนย์วิจัยประเภทนี้ที่ผสานการปล่อยพัลส์ถี่เข้ากับความสามารถของเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระรังสีเอกซ์แข็ง อีกแห่งคือโครงการเพิ่มพลังงานของ Linac Coherent Light Source II ซึ่งอยู่ระหว่างก่อสร้างในสหรัฐฯ สำหรับนักวิจัย คุณค่าที่ใช้ได้จริงของโครงการในเซี่ยงไฮ้จะขึ้นอยู่กับการเข้าถึงช่วงพลังงาน โหมดพัลส์ และสถานีทดลองตามแผน เมื่อการทดสอบเดินระบบเสร็จสิ้น

ประเด็นสำคัญ

• SHINE สร้างแสงครั้งแรกในเซี่ยงไฮ้ได้สำเร็จ โดยใช้ลำอิเล็กตรอนพลังงาน 4 GeV และโมดูลอันดูเลเตอร์ 18 ชุด
• เครื่องเร่งอนุภาคเมื่อก่อสร้างเสร็จออกแบบให้ทำงานได้ที่พลังงาน 8 GeV หรือสองเท่าของพลังงานอิเล็กตรอนที่ใช้ในหมุดหมายครั้งนี้
• แนวลำแสงสองแนวแรกคาดว่าจะครอบคลุม 0.2 ถึง 15 keV ส่วนช่วงพื้นฐานของทั้งสามแนวขยายไปถึง 25 keV
• โหมดการทำงานบางแบบตั้งเป้าปล่อยพัลส์รังสีเอกซ์หนึ่งล้านครั้งต่อวินาที โดยพัลส์มีความยาวหลายสิบเฟมโตวินาที
• ระยะแรกวางแผนสร้างสถานีทดลอง 10 แห่ง รวมถึงสถานีที่ผสานรังสีเอกซ์กับเลเซอร์กำลัง 100 เพตะวัตต์
• มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เทคเป็นผู้นำโครงการ โดยตั้งเป้าก่อสร้างแล้วเสร็จและเปิดดำเนินงานภายในสิ้นปี 2027