同步輻射光源介紹

2018.09.29同步輻射光源的發(fā)展及應(yīng)用報(bào)告人：劉昌奇加速器的發(fā)展與簡介同步加速器的發(fā)展同步輻射光源的特點(diǎn)與發(fā)展同步輻射光源的應(yīng)用與現(xiàn)狀目錄加速器是用人工方法將帶電粒子加速到較高能量的裝置。利用該裝置可以產(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘核、α粒子以及其他一些重離子，還可以利用被加速后的高能粒子轟擊不同靶材料產(chǎn)生次級(jí)粒子，如X射線、中子和介子束。加速器發(fā)展與簡介加速器的定義早期（20世紀(jì)20~40年代）1926年，美國古里奇（Coolidge）用三個(gè)X光管串聯(lián)獲得9×105eV的電子束1931年，美國范德格拉夫(VanDeGraff)建成1.5×106eV(1.5MeV）靜電高壓加速器。目前為止，該類加速器能量已提高一個(gè)量級(jí)1932年，英國科克勞夫特(Cockcroft)和沃爾頓(Walton)建成7×105eV高壓倍壓加速器。目前為止，該類加速器能量已達(dá)4×106eV1932年，美國勞倫斯(Lawrence)建成1.22×106eV回旋加速器，之后同類的共振加速器能量提高了一個(gè)量級(jí)1940年，美國科斯特(Kerst)設(shè)計(jì)了2.3×106eV電子感應(yīng)加速器，它是環(huán)形軌道加速器的先驅(qū)。后來建成的最大的感應(yīng)加速器，能量達(dá)3.15×108eV，該類加速器的合理能量范圍以5×107eV為宜。在這期間，早期直線共振加速器也曾被研制，但未獲得進(jìn)一步發(fā)展研究背景加速器發(fā)展與簡介1944至1945年間，美國母克米蘭(Mcmillan)和蘇聯(lián)的維克斯勒(B.H.Bekcjep)發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)共振加速器以之為基礎(chǔ)的“自動(dòng)穩(wěn)相原理”1946年，第一臺(tái)穩(wěn)相加速器在美國伯克利(Berkley)建成，獲得能量為1.9×108eV的氘核和3.8×108eV的α粒子。至60年代，該類加速器的最高能量達(dá)到了109eV1947年，美國綜合電器研究實(shí)驗(yàn)室率先建成7×107eV電子同步加速器。此后，該同類同步加速器的能量被提高到了1.2×109eV水平。1947年，美國伯克利實(shí)驗(yàn)室在阿爾伐瑞茲(Alvarez)領(lǐng)導(dǎo)下建成3.2×107eV質(zhì)子駐波直線加速器1952年，美國布魯克海文(Brookhaven)國家實(shí)驗(yàn)室率先建成了能量為3×109eV的質(zhì)子同步加速器（即同步穩(wěn)相加速器）定名為“宇宙加速器”(Cosmotron)。至1958年，蘇聯(lián)把該類加速器能量提高到1010eV水平，軌道半徑為28m，磁鐵重達(dá)3.6×107kg。中期（20世紀(jì)40~50年代）加速器發(fā)展與簡介1952年，美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室古特蘭(Courant)、里文斯頓(Livingston)、斯內(nèi)德(Snyder)等人提出了交變梯度聚焦的原理，受到重視。1959年，日內(nèi)瓦西歐原子核研究中心(CERN)最早建成30×109eV強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器。1972年，美國建成500×109eV強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器，西歐中心則于1976年建成能量為400×109eV的同類加速器，簡稱SPS。上述兩臺(tái)加速器自建成至80年代末，長期保持最高能量加速器的世界領(lǐng)先地位。20世紀(jì)60年代末至70年代初，粒子對(duì)撞機(jī)理論得到了迅速發(fā)展，這可使粒子的有效作用能量得以提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。最早的對(duì)撞機(jī)是意大利于1969年建成的，它是一臺(tái)名為ADONE的直線加速器型電子對(duì)撞機(jī)，電子能量為1.5×109eV。美法等國隨后建成同類對(duì)撞機(jī)。70年代初，蘇聯(lián)、西德等率先相繼建成能量更高的電子同步加速器型對(duì)撞機(jī)。近期（20世紀(jì)50~80年代）加速器發(fā)展與簡介至今，世界上最高能量的直線型電子對(duì)撞機(jī)是美國的電子對(duì)撞機(jī)SLAC，能量為2×50×109eV，它是在原有22×109eV直線加速器基礎(chǔ)上，增設(shè)能量倍加系統(tǒng)改建而成的。世界上最大的同步加速器型電子對(duì)撞機(jī)是CERN于1971年建成的質(zhì)子同步加速器型對(duì)撞機(jī)ISR，加速能量為32.6×109eV。在此基礎(chǔ)上，CERN的SPS已被該建成正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)，至今已運(yùn)行十余年。1987年，超導(dǎo)研究獲得了新的突破，高溫超導(dǎo)新材料的研制得到了令人鼓舞的進(jìn)展。為了減少高能量加速器的重量，縮減軌道尺寸，降低耗電功率，科技工作者正致力于用超導(dǎo)磁體取代笨重的電磁鐵。世界上第一臺(tái)采用超導(dǎo)磁體的高能質(zhì)子同步加速器，是美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的Tevatron，它是在原有500×109eV加速器基礎(chǔ)上改建而成的。加速器發(fā)展與簡介SLACCERNCEPC加速器發(fā)展與簡介1）高壓型加速器

●1955年，在原子能研究所，建成了700keV質(zhì)子靜電加速器?！?958年，在科學(xué)院高能物理研究所，2.5MeV質(zhì)子靜電加速器建成?！?958年，清華大學(xué)建成400keV質(zhì)子倍壓加速器。●1961年，上海先鋒開始試制并投產(chǎn)靜電加速。1964年上海先鋒廠開始試制并投產(chǎn)倍壓加速器。●60-70年代,蘭州大學(xué)\近物所具有600keV倍壓加速器?！?0-80年代，蘭州大學(xué)已先后研制成功了1010n/s、1011n/s和1012n/s

量級(jí)氘氚反應(yīng)強(qiáng)流中子發(fā)生器（倍壓式高壓加速器），其中，于1988年研制成功的31012n/s強(qiáng)流中子發(fā)生器，是我國唯一一臺(tái)產(chǎn)額達(dá)到1012n/s量級(jí)的中子發(fā)器。獲獎(jiǎng)：國防科委戰(zhàn)略武器與其它國防尖端科技成果三等獎(jiǎng)；國家教委科技成果一等獎(jiǎng)和國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。加速器在中國的發(fā)展加速器發(fā)展與簡介加速器發(fā)展與簡介2）電子感應(yīng)加速器●1957—1958年，清華、北大分別從前蘇聯(lián)引進(jìn)25MeV電子感應(yīng)加速器。并開始自力更生研制感應(yīng)加速器?！?/p>

60年代初，一機(jī)部自動(dòng)化所（即現(xiàn)北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所），25MeV電子感應(yīng)加速器研制獲得成功。

3）回旋加速器●1958年—1959年，清華大學(xué)2.5MeV電子回旋加速器出束。●1958年：原子能研究所自蘇聯(lián)引進(jìn)了磁極直徑1.2m回旋加速器。60年代初，先后由北京重型電機(jī)廠、上海先鋒廠仿制了1.2m、1.5m回旋加速器?！?/p>

20世紀(jì)70年代末至80年代初，由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所與清華大學(xué)、國家計(jì)量局合作研制了25MeV電子回旋加速器)4）電子直線加速器●

1964年，科學(xué)院高能所30MeV電子直線加速器建成?！?/p>

1974年—1975年初，北京（北京醫(yī)療器械研究所、清華大學(xué)）、上海（上海醫(yī)療器械廠、高能所）各自研制的10MeV醫(yī)用電子行波直線加速器相繼成功出束。加速器發(fā)展與簡介●1977年，上述加速器通過鑒定后，北京醫(yī)療器械研究所、上海醫(yī)療器械廠南京電子管廠、四川東風(fēng)電機(jī)廠、四機(jī)部十二所開始小批量生產(chǎn)或研制醫(yī)用和工業(yè)用電子行波直線加速器。5）中國三大加速器

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1988年，2×2.8×109eV正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在高能物理研究所宣告建成。（原計(jì)劃建50×109eV強(qiáng)聚焦質(zhì)子同步加速器，后經(jīng)計(jì)劃調(diào)整，改為建造2×2.8×109eV正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)）。●

1988年，由200MeV電子直線加速器和800MeV儲(chǔ)存環(huán)組成的同步輻射加速器在中國科技大學(xué)建成出光?！?/p>

1988年末，在蘭州近代物理研究所，用于加速重離子的分離扇形回旋加速器也宣告建成。

三大加速器的建成，標(biāo)志我國的高能、大型加速器技術(shù)進(jìn)入了國際行列。北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)合肥同步輻射加速器200MeV電子直線加速器速調(diào)管走廊800MeV電子儲(chǔ)存環(huán)蘭州重離子加速器上海同步輻射光源中國散裂中子源加速器發(fā)展與簡介1、用于原子核物理、粒子物理、原子物理等方面的基礎(chǔ)研究利用加速器產(chǎn)生的粒子束流，轟擊靶，觀察與靶核的相互作用，探索微觀世界的奧秘和規(guī)律。2、核技術(shù)方面的研究1）核數(shù)據(jù)測量；（如反應(yīng)截面測量）2）模擬試驗(yàn)；3）原子核的轉(zhuǎn)化和核燃料生產(chǎn)（如ADS）。3、半導(dǎo)體物理、固體物理、表面物理等方面的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究離子注入（半導(dǎo)體摻雜）、材料表面改性、成分分析（AMS）、損傷研究等4、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等方面的應(yīng)用1）工業(yè)探傷、電纜輻照。2）輻照育種、輻照保鮮、輻照殺菌等3）放射治療、醫(yī)用短壽命生產(chǎn)等靜電加速器VanDeGraffAccelerator1933年美國范德格拉夫提出一種新型起電原理，利用直流高壓靜電場對(duì)帶電粒子子進(jìn)行加速。一個(gè)圓筒形金屬高壓電極由幾根絕緣柱支承。位于底部電暈針排加電壓后，電暈放電產(chǎn)生的離子（或電子）,由橡膠帶輸送到高壓電極上。靜電加速器特點(diǎn)：被加速離子的能量連續(xù)可調(diào)；離子的能量單一；可加速多種離子或電子；離子束聚焦良好，離子束靶點(diǎn)小。靜電加速器是低能核物理實(shí)驗(yàn)的最理想工具，同時(shí)還廣泛應(yīng)用于離子注入，材料分析、材料輻照等領(lǐng)域。串列加速器TandemAccelerator利用一個(gè)高壓電極使帶電粒子獲得兩次加速的靜電型加速器。工作原理：

將由負(fù)離子源產(chǎn)生負(fù)離子注入到加速器主體中，在高壓電極的正電場的作用下，經(jīng)低能段加速管被第一次加速。當(dāng)負(fù)離子到達(dá)高壓電極后，通過電子剝離器并被剝掉2個(gè)或多個(gè)電子，變?yōu)檎x子。在高壓電極作用下，正離子經(jīng)高能段加速管再次被加速串列加速器中子發(fā)生器同步加速器(synchrotrons)一種加速高能粒子的回旋諧振式加速器。它有一個(gè)大的環(huán)形磁鐵。帶電粒子在環(huán)形磁場的導(dǎo)引和控制之下沿著半徑固定的圓形或接近圓形的軌道回旋運(yùn)動(dòng)，穿越沿途設(shè)置的高頻加速腔，從中獲取能量。加速過程中，磁場隨時(shí)間增強(qiáng)，使粒子的軌道半徑保持恒定。高頻電場的頻率則與磁場同步變化，與同步粒子的回旋運(yùn)動(dòng)保持諧振。定義同步加速器(synchrotrons)同步粒子的準(zhǔn)共振加速條件:要滿足準(zhǔn)共振條件，必須有下列兩個(gè)調(diào)節(jié)：①隨能量增長調(diào)節(jié)磁場，使粒子在恒定軌道上旋轉(zhuǎn)②在加速低能粒子的初期還必須調(diào)頻——調(diào)頻起動(dòng)or頻率與能量、磁場相關(guān)在離子入射初期，能量較低，其速度v比光速小很多時(shí)，隨著加速，其速度增長很顯著。隨著能量的增長，粒子的速度接近于光速，其回旋頻率也接近常數(shù)：于是，交頻場也無需再調(diào)節(jié)了。同步加速器(synchrotrons)1）磁場調(diào)節(jié)規(guī)律（隨時(shí)間線性調(diào)變）由共振加速條件：故B調(diào)節(jié)應(yīng)有下關(guān)系：又代入上式得：

引入軌道磁場隨時(shí)間的增長率：

粒子在環(huán)型軌道上共經(jīng)過G個(gè)諧振加速腔，則粒子旋轉(zhuǎn)一圈所獲得的能量（即能量增長）：Va代表電壓差，cosφs代表粒子軌跡與電場夾角設(shè)Δt為粒子在環(huán)型軌道上轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間:得：同步加速器(synchrotrons)2）同步加速器起動(dòng)及頻率調(diào)變規(guī)律A）電子同步加速器起動(dòng)①感應(yīng)起動(dòng)法●初期按感應(yīng)加速器運(yùn)行（渦旋場加速）●達(dá)到預(yù)定能量后，B按同步加速器調(diào)變，加速腔投入使用；②

低能電子入射調(diào)頻起動(dòng)③直接注入近于光速的電子需要注入器。B）質(zhì)子同步加速器起動(dòng)一般采用預(yù)加速器，將質(zhì)子預(yù)加速至20~200MeV后再注入到同步加速器的環(huán)形軌道上進(jìn)行加速。大型的同步加速器往往在注入器之后還增設(shè)一個(gè)較小的快周期同步加速器作中間級(jí)（又名“增強(qiáng)器）將質(zhì)子加速至10GeV左右，以增加加速粒子的流強(qiáng)。同步加速器(synchrotrons)同步加速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）軌道磁鐵和聚焦磁鐵A.軌道磁場由二磁鐵產(chǎn)生B.聚焦利用四極磁鐵2）加速系統(tǒng)A.諧振腔B.高頻變壓器C.漂移復(fù)式加速電極3）引出系統(tǒng)A.磁場增加，同時(shí)去掉加速電壓，使粒子偏離平衡軌道B.利用極面線圈使離子偏離軌道C.調(diào)制加速電壓頻率使粒子偏離平衡軌道。同步加速器(synchrotrons)同步加速器(synchrotrons)同步輻射光什么是同步輻射？同步輻射是由接近光速運(yùn)動(dòng)的電子在磁場中作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)沿切線方向產(chǎn)生的電磁波，具有強(qiáng)度高、準(zhǔn)直性好、能量范圍廣（從深紫外到硬X光）等優(yōu)異特性，是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)的高性能光源，具有寬波段、高準(zhǔn)直、高偏振、高純凈、高亮度、窄脈沖、高穩(wěn)定性、高通量、微束徑、準(zhǔn)相干等獨(dú)特而優(yōu)異的性能。一個(gè)形象但不準(zhǔn)確的描述：電子好像雨傘一樣進(jìn)行高速圓周運(yùn)動(dòng)，同步輻射像雨點(diǎn)一樣從圓周的切線方向發(fā)射出來。真實(shí)的情況是：在儲(chǔ)存環(huán)中電子高速運(yùn)動(dòng)，其速度接近光速，經(jīng)過一個(gè)磁場，運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，發(fā)出電磁輻射，這就是同步輻射。同步輻射光電磁波的波譜：不同波長（能量）的電磁波適合于不同尺度上的探測，也有不同的產(chǎn)生方式。同步輻射光同步輻射的發(fā)現(xiàn)

1947年4月16日，美國紐約州通用電氣公司的實(shí)驗(yàn)室中，正在調(diào)試一臺(tái)能量為70兆電子伏的電子同步加速器，偶然從反射鏡中看到了在水泥防護(hù)墻內(nèi)的加速器里有強(qiáng)烈“藍(lán)白色的弧光”，光的顏色隨電子的能量變化而變化。當(dāng)電子能量降到40兆電子伏時(shí)，光變?yōu)辄S色；降到30兆電子伏時(shí)，變?yōu)榧t色且強(qiáng)度變?nèi)酰唤档?0兆電子伏時(shí)，就什么也看不見了。

這種由電子作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)所輻射的電磁波是在同步加速器上首先發(fā)現(xiàn)的，所以人們就稱它為“同步加速器輻射”，簡稱“同步輻射”。“同步輻射”的發(fā)現(xiàn)立即在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界引起轟動(dòng)，為同步輻射光的廣泛應(yīng)用揭開了序幕。同步輻射光第一代同步輻射光源是在為高能物理研究建造的副產(chǎn)品。例如北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)分時(shí)兼用同步輻射裝置BSRF。第二代同步輻射光源是專門為同步輻射的應(yīng)用而設(shè)計(jì)建造的,美國的Brookhaven國家實(shí)驗(yàn)室(BNL)兩位加速器物理學(xué)家Chasman和Green把加速器上使電子彎轉(zhuǎn)、散熱等作用的磁鐵按特殊的序列組裝成Chasman-Green陣列(Lattice),這種陣列在電子儲(chǔ)存環(huán)中采用標(biāo)志著第二代同步輻射的建造成功。第二代光源發(fā)射度明顯降低，光源亮度顯著提高，擁有更多的實(shí)驗(yàn)線站供不同需求的用戶使用。例如國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的同步輻射裝置HLS。第三代同步輻射光源的特征是大量使用插入件,即扭擺磁體和波蕩磁體而設(shè)計(jì)的低發(fā)散度的電子儲(chǔ)存環(huán)。例如目前在運(yùn)行的中國上海應(yīng)物所的SSRF，美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室的APS。同步輻射的發(fā)展同步輻射光第四代光源作為未來的光源，將具有更高的性能。其主要特征是高度相干的輻射，具體參數(shù)如光源亮度，相干性將比三代光源提高若干個(gè)數(shù)量級(jí)，脈沖間隔也將縮短幾個(gè)數(shù)量級(jí)。。例如國家同步輻射實(shí)驗(yàn)室擬建的衍射極限儲(chǔ)存環(huán)HALS。總之，光源的發(fā)展趨勢是追求更高的亮度，更強(qiáng)的束流強(qiáng)度，更穩(wěn)定的束流軌道等其他參數(shù)。同步輻射光國際上第一臺(tái)高能三代光源運(yùn)行超過10年擁有50多條線站同步輻射光國際上第一臺(tái)三代光源設(shè)計(jì)指標(biāo)優(yōu)于已建成三代中能光源由對(duì)撞機(jī)改建的第三代光源同步輻射光歐洲ESRF美國APS日本SPring-8美國NSLS-II美國LCLS同步輻射光第三代同步輻射光源以極低電子束發(fā)射度和大量使用插入件為主要特征的第三代同步輻射光源是目前世界發(fā)展的主力裝置。20世紀(jì)90年代初，國際上第一個(gè)三代同步輻射光源投入使用之后，同步輻射技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)入了飛速發(fā)展階段，迄今為止國際上已建造的第三代同步輻射光源多達(dá)20多臺(tái)。高能光源低能光源中能光源①美國7GeVAPS②日本8GeVSpring8③歐洲6GeVESRF①中國3.5GeVSSRF……①中國800MeVHLS……光源分類同步輻射光同步輻射光源構(gòu)造同步輻射光源由一臺(tái)直線加速器、一臺(tái)電子同步加速器(又稱增強(qiáng)器,Booster)和電子儲(chǔ)存環(huán)三大部件組成。在直線加速器產(chǎn)生并加速后注入增強(qiáng)器繼續(xù)加速到設(shè)定能量后,再注入電子儲(chǔ)存環(huán)中作曲線運(yùn)動(dòng)而在運(yùn)行的切線方向射出同步輻射光。

A）直線加速器：

電子槍低能電子束流輸運(yùn)線盤荷波導(dǎo)微波功率源與微波傳輸系統(tǒng)真空系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)水冷恒溫系統(tǒng)束流監(jiān)測系統(tǒng)束流輸出系統(tǒng)控制系統(tǒng)同步輻射光B）電子同步加速器：

主導(dǎo)磁鐵（二極磁鐵）聚焦磁鐵校正磁鐵真空室高頻加速腔C）電子存儲(chǔ)環(huán)：

真空室（10-7Pa左右）彎曲磁鐵四極磁鐵插入原件射頻腔和供電系統(tǒng)同步輻射光A）輻射能量：

●合肥同步輻射裝置的輻射特征能

800MeV電子0.517keV光子同步輻射光源性能參數(shù)當(dāng)電子能量確定時(shí)，它產(chǎn)生的同步輻射的特征能量也就完全確定，有什么辦法使得在已有的同步輻射光源上進(jìn)一步提高輻射光的能量呢?前蘇聯(lián)科學(xué)家金斯保發(fā)明扭擺器(Wiggler)元件實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。高速電子在磁場中轉(zhuǎn)彎時(shí)會(huì)發(fā)出光輻射，每轉(zhuǎn)一圈的輻射能：由一組N極和S極周期相間的磁鐵組成，作用是在儲(chǔ)存環(huán)的局部區(qū)域增大磁場，在局部形成小的電子軌道曲率半徑，使得電子在作扭擺運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)出的同步輻射有較大的特征能量，從而達(dá)到增加高能量光子數(shù)目的目的。2.585keV光子增加扭擺器扭擺器(Wiggler)同步輻射光B）輻射光波長C）輻射功率

輻射光的波長覆蓋面大（從x光到遠(yuǎn)紅外），且連續(xù)可調(diào)。特征波長：合肥同步輻射裝置的特征波長：同步輻射裝置可產(chǎn)生強(qiáng)的輻射功率：●合肥的同步輻射裝置的輻射功率為6千瓦；●北京對(duì)撞機(jī)的輻射功率可達(dá)6萬瓦●大功率的X光管的最大輸出功率約10瓦輻射功率：(ΔW輻)代表每一周輻射的能量I代表環(huán)電子流強(qiáng)度同步輻射光D）準(zhǔn)直性和方向性

e亮度是普遍使用的衡量光源的一個(gè)重要指標(biāo)。同步輻射光源的亮度比實(shí)驗(yàn)室Ｘ射線光源連續(xù)譜部分強(qiáng)106—1011倍。用實(shí)驗(yàn)室Ｘ射線光源獲得一幅晶體缺陷結(jié)構(gòu)的形貌照片要用很長時(shí)間，但用同步輻射光源來拍攝同樣的照片僅需幾秒至幾十秒，工作效率提高了幾萬倍。由于同步輻射光功率強(qiáng)，而且又是在一個(gè)很小的立體角中發(fā)射出來的，能量高度集中，所以必然有很高的亮度。E）光源亮度同步輻射光是沿電子運(yùn)動(dòng)軌道的切線方向在一個(gè)很小的角度范圍內(nèi)發(fā)射出來的，在與軌道平面的垂直方向上所張的角度很小，因此有很好的準(zhǔn)直性，可產(chǎn)生平行度很高的準(zhǔn)平行光。軌道平面內(nèi)的半張角：同步輻射光在電子軌道平面中的同步輻射光是完全的線偏振光，光的電矢量就在電子的軌道平面內(nèi)。這種偏振特性很有用，是普通X光所沒有的。利用偏振光可研究生物分子的旋光性，也可以研究磁性材料。在圓形的平面軌道上運(yùn)動(dòng)的電子發(fā)出的輻射的電矢量總是在該軌道平面上指向圓心。F）同步輻射是偏振光同步輻射光●光脈沖的寬度電子束團(tuán)密度決定了光脈沖的寬度。如果電子束團(tuán)長度為S，則脈沖的持續(xù)時(shí)間——脈沖寬度為：t=S/C●脈沖周期環(huán)形加速器的周長則決定了脈沖的周期，對(duì)于1個(gè)周長為L的加速器，能量為GeV量級(jí)，電子的速度已十分接近光速(V=0.99999987c)，所以脈沖周期為：T=L/C

G）脈沖光源同步輻射光例如：周長為240.4m，假設(shè)只有一個(gè)束團(tuán)運(yùn)行，束團(tuán)長S=0.03m.

(c=3*108m/s）

T=0.8微秒，t=0.1納秒

改變傳播方向衍射譜、小角散射、大角散射、漫散射、非彈性散射強(qiáng)度衰減吸收譜、光刻、微細(xì)加工、成像、X光顯微術(shù)、微束CT二次粒子的發(fā)射——次級(jí)輻射或粒子

光電子譜、光離子譜、熒光譜光電子、俄歇電子、熒光同步輻射光實(shí)驗(yàn)主要研究方法同步輻射光光電子能譜XPSMM+BeforecollisionAftercollision入射光子E=hγe-Photoionization光電離利用光電子能譜可判別表面原子的種類和決定表面電子態(tài)。(注意：XPS的入射光子可以來自同步輻射或其他X射線)同步輻射光電子能譜的優(yōu)點(diǎn)：以單色化的同步光作為激發(fā)光源，研究材料表面和界面電子及原子結(jié)構(gòu)其特點(diǎn)是能夠提供對(duì)表面極為敏感的信息同步輻射光元素處于化合物狀態(tài)時(shí)，與純元素相比，電子的結(jié)合能有一些小的變化，稱為化學(xué)位移，表現(xiàn)在電子能譜曲線上就是譜峰發(fā)生少量平移。測量化學(xué)位移，可了解原子的狀態(tài)和化學(xué)鍵信息。同步輻射光

光刻與超微加工技術(shù)微機(jī)械加工技術(shù)由于同步輻射光的應(yīng)用而有了飛速的發(fā)展.。人們曾經(jīng)用微電子學(xué)的方法制成了一些用于人造衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)通訊、醫(yī)藥及生命科學(xué)等方面的微電子機(jī)械,如微齒輪、微馬達(dá)、微型泵等，但造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)太薄(1～3μm)，極易破碎。采用同步輻射中的X光進(jìn)行深度光刻，這種微機(jī)械的厚度達(dá)到幾百微米而極其牢固，并且可以做得更復(fù)雜精巧、功能更豐富優(yōu)越，還可用復(fù)制的方法大批生產(chǎn)而降低成本。光刻芯片上的線路密集，必須采用波長合適的光來刻蝕，太長太短都會(huì)使圖形變模糊；此外，光束的方向還必須是高度集中的，否則也會(huì)導(dǎo)致圖形的彌散。于是，同步輻射光波長可選擇性以及方向的高度密集在這里有很好的實(shí)用價(jià)值。同步輻射光同步輻射光的準(zhǔn)直性好、強(qiáng)度高和衍射極小的優(yōu)點(diǎn)，大大縮小光刻線的線寬，同步輻射已經(jīng)可以制造0.07mm的芯片。80年代中發(fā)展了一種叫做LIGA的技術(shù)，它可以制作微齒輪、微馬達(dá)、微泵、微照明燈具、微傳感器等。這種微機(jī)械加工可得到線條寬度為幾個(gè)或幾十個(gè)微米、高度為幾十到幾百微米的機(jī)件。微型齒輪與螞蟻同步輻射光X光顯微技術(shù)由于分辨本領(lǐng)的限制，普通光學(xué)顯微鏡不能看清大小只有幾十納米甚至更小的病毒的形貌或細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；電子顯微鏡雖然可以看清一切細(xì)胞或病毒的結(jié)構(gòu)，但由于電子必須在真空中運(yùn)行，而且電子對(duì)于水和蛋白質(zhì)、碳水化合物等的穿透能力幾乎相同，所以生物樣品必須進(jìn)行切片、染色、脫水、干燥才能進(jìn)入真空室中觀察，這樣生物都成了死物，與真實(shí)情況可能有不同。X光的波長比可見光的波長短幾百倍，因而其分辨本領(lǐng)也比可見光大幾百倍?？梢灾苯佑^察活生生的細(xì)胞或細(xì)胞器的超微結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部的活動(dòng)情況。實(shí)際上，在一些先進(jìn)國家的同步輻射裝置中，已經(jīng)安裝了專門的光束線來作X光顯微工作。圖2是柏林BESSY同步輻射裝置上的哥廷根X光顯微鏡拍攝的一幅瘧疾病人紅血球顯微照片右上方的是正常紅血球，左下方的是有瘧原蟲寄生的紅血球。同步輻射光同步輻射光源應(yīng)用同步輻射光源將為研究物質(zhì)的微觀動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和各種瞬態(tài)的過程提供前所未有的手段和機(jī)會(huì)，為眾多前沿學(xué)科領(lǐng)域的研究提供一種最先進(jìn)又不可替代的工具。