通过较大规模投入和工程建设来完成，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动，实现重要科学技术目标的大型设施叫做大科学装置。其科学技术目标必须面向科学技术前沿，为国家经济建设、国家安全和社会发展做出战略性、基础性和前瞻性贡献。建立科技基础条件平台是国家创新体系建设中的重要内容，大科学装置则是国家科技基础条件平台的重要组成部分。大科学装置也就成为众多高新技术的源泉和高新技术产业的摇篮。互联网技术的产生和发展以及这一技术对社会产生的革命性的影响可算其中一个最生动的例子。
SXFEL试验装置的主要建设内容是研制一台基于840MeV电子直线加速器的两级级联种子型软X射线(8.8nm)自由电子激光装置，项目于2015年初正式开工建设，先后攻克了高亮度光阴极注入器、C波段高梯度微波加速单元、C波段和X波段偏转腔束流测量单元、小间隙高精度波荡器、腔式束流位置探测器和激光电子束同步等关键技术；掌握了低发射度直线加速器多维度束流反馈技术及稳定运行、束流相空间的精确控制、X射线脉冲的在线诊断、基于X射线的波荡器轨道准直等调束调光方法。
自由电子激光是利用自由电子为工作媒质产生的强相干辐射，它的产生机理不同于原子内束缚电子的受激辐射。自由电子激光具有一系列已有激光光源无法替代的优点。例如，频率连续可调、频谱范围广、峰值功率和平均功率高且可调、相干性好、偏振强，具有ps量级脉冲的时间结构，且时间结构可控，等等。中国科学院高能所已于1993年制成我国第一台自由电子激光装置。
自由电子激光的物理原理是利用通过周期性摆动磁场的高速电子束和光辐射场之间的相互作用，使电子的动能传递给光辐射而使其辐射强度增大。利用这一基本思想而设计的激光器称为自由电子激光器(简称FEL)。
硬X射线自由电子激光装置
是中国迄今为止投资最大、建设周期最长的国家重大科技基础设施项目。硬X射线自由电子激光装置总长约3.1公里，工程任务是建设一台能量8GeV的超导直线加速器、3条波荡器线、3条光束线以及首批10个实验站。装置建设内容包括：注入器、主加速器、FEL放大器(波荡器线)、光速线和实验站，还有包括束流诊断、控制、激光、同步、数据采集与处理等在内的公共子系统，以及低温、公用设施等配套系统和设施。
硬X射线自由电子激光装置的建设选址张江科学城内，项目总投资近百亿，是上海建设具有全球影响力的科创中心以及张江综合性国家科学中心的核心创新项目。该装置建成后，将成为世界上最高效和最先进的自由电子激光用户装置之一，为物理、化学、生命科学、材料科学、能源科学等多学科提供高分辨成像、超快过程探索、先进结构解析等尖端研究手段，形成独具特色、多学科交叉的先进科学研究平台。
直线加速器
利用高频电磁场进行加速，同时被加速粒子的运动轨迹为直线的加速器。高频直线加速器简称直线加速器，是指用沿直线轨道分布的高频电场加速带电粒子的装置。按被加速粒子的种类，可分为电子直线加速器、质子直线加速器、重离子直线加速器和超导直线加速器等。直线加速器由一个直的真空管道和一系列的带孔的金属漂移管组成。粒子的加速是通过相邻的漂移管之间的脉冲电场完成的，电场和粒子的同步是由电压源和相应的漂移管之间的传输线长度的时间延迟来实现。
在加速器管中有金属圈，它们同高压发生器相连的方式能使一系列金属圈的负压由底部向顶端逐渐升高。生产质子的离子源安装在加速器管的上端。带正电的质子由于受到带负电的金属圈的吸引而顺管射下——由于下面金属圈的负电压不断增大，质子的速度也不断增加。在加速器管的地端的地板下面，有一间装有接收器的小室，质子能够在这里同物质碰撞，在此过程中，轰击能够引起原子核的蜕变。
加速器是由三根用绝缘材料制成的高柱和在它们中间的加速器管组成。加速器靠真空泵保持真空。外表流线型，不仅为了美观，而且为了防止从任何棱角或突出部分形成意外的放电。