同步辐射的基本知识——第二讲同步辐射中的衍射术及其应用(一)
同步辐射应用基础(第二章同步辐射X射线衍射) 研究生课程讲义
X射线在医学诊断、治疗中的应用非常
伦琴
广泛，特别是X射线诊断技术，已经成
为现代医学不可缺少的工具。
X射线是波长介于紫外线和γ射线 间的 电磁辐射。X射线是一种波长很短的电 磁波，其波长约介于0.01~100埃之间。
第一张X光照片
X射线衍射（一）— 历史
1912年德国物理学家劳埃（ue) 发现 晶体的衍射现象。1914年获得了第二个诺贝 尔物理奖。
2) 增加X射线强度的方法：
①增加管电流；②增加管电压。 增加管电流，可使单位时间内轰击阳极靶的电子数目增 多，从而使Ni增加；增加管电压，可产生频率更高的光 子，即能量更高的光子。 3) X射线的强度表示：通常用管电流的毫安数(mA)间接 表示X射线的强度。 4) 总辐射能量表示：
X射线总辐射能量与X射线的强度和照射时间成正比。 因此，用管电流毫安数与照射时间的乘积表示X射线总 辐射能量。
X射线衍射（五）— 实验
X射线衍射（五）— 实验
1. 峰位 定性相分析，确定晶系，指标化， 计算晶胞参数等
2 . 峰强 计算物相含量，计算结晶度 3 . 峰形 估计结晶度高低，计算晶粒尺寸 (谢乐公式)
X射线衍射（五）— 实验
X射线衍射分析可给出材料中物相的结构及元素的 状态信息, 根据实验得到的d-I/I0一套数据，与已知 的标准卡片数据对比，来确定相应的未知物相。 XRD物相定性分析
2.为后人在不同领域的研究打下了理论基础
X射线衍射（二）— 原理
常规X射线的产生
产生X射线的方法有多种，常用的产生X射线的 方法是：用高速运动的电子束轰击一障碍物—— 阳极靶。受到靶的阻碍作用，电子的动能转变为 X射线光子的能量。
产生X射线的两个基本条件是: 1)有高速运动的电子流； 2)有适当的障碍物—靶来阻止电子的运动。
同步辐射技术在材料科学中的研究及应用
同步辐射技术在材料科学中的研究及应用引言：同步辐射技术作为先进的分析探针，在材料科学的研究中发挥着越来越重要的作用。
其能够提供高亮度、高单色性、高空间分辨率和极高的时间分辨能力，为材料科学的发展提供了强有力的支持。
本文将从同步辐射技术的定义、原理、发展历程和应用等方面进行探讨，以期展示同步辐射技术在材料科学中的研究及应用。
一、同步辐射技术的定义同步辐射技术是指在同步加速器加速器中，利用高强度的同步辐射光作为探针进行精细的物理化学分析技术。
同步辐射光具有高单色性、高亮度、高空间分辨率和时间分辨能力等优点，可以探测物体的微观结构、分子成分、动力学过程和电子结构等信息。
同步辐射光的产生是通过将电子束与强磁场相互作用，从而发出高度单色的电磁波辐射而产生的。
二、同步辐射技术的原理同步辐射技术利用加速器产生的一束电子流，在强磁场中产生发射光，发出的光称为同步辐射光。
同步辐射光具有高度单色性和威秒级时间分辨率，因此被广泛应用在物理学、化学、生物学、材料科学和医学等领域。
同步辐射光的品质取决于同步加速器中的电子束质量和磁场强度，因此同步加速器设备的成功研制对于同步辐射技术的推广及应用有着至关重要的意义。
三、同步辐射技术的发展历程同步辐射技术自20世纪70年代问世以来，其应用范围不断扩大。
它最初应用于粒子物理学实验中的探测器装置，后来，随着光源设备的提高，这种技术被应用于材料科学、表面科学、催化科学和生物物理学领域。
目前，欧洲、美国、加拿大、日本等国家均拥有同步辐射光源设备。
四、同步辐射技术在材料科学中的应用同步辐射技术在材料科学中的应用涉及材料表面和界面物理，材料分子结构解析，催化反应机理研究，材料动力学和材料能带结构等研究领域。
1.材料分子结构解析同步辐射技术可以通过X射线衍射和散射实现对材料分子结构解析。
例如，通过小角散射技术，可以研究液态表面管道分子结构和稳定性，其具有足够高的时间分辨率，可以对快速的生化反应动态进行研究；通过小角X射线散射技术，实现热稳定和具有高活性的催化剂分子/离子结构的解析，这对于材料的属性设计有着很大的帮助。
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用_一_
PT CA ( P ART : A P H YS. T EST . )
2008 年 第 44 卷 3
同步辐射的基本知识
第二讲 同步辐射中的衍射术及其应用( 一)
程国峰1 , 杨传铮2 , 黄月鸿1
( 1. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050; 2. 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所, 上海 200050)
diffractometer in synchr otr on radiatio n, using both v ertical and hor izo nt al Soller slits
同步辐射 X 射线粉末衍射有如下优点: ( 1) 高的衍射强度和短的试验数据收集时间。 记录一衍射花样所需的时间由试样的衍射能力、结 晶度、要求的分辨率、精度和扫描的角范围决定。当 采用波长为 0. 075 nm 的 X 射线, 步长为 0. 02b, 每 步记录时间为 0. 25 s, 对于 0. 6~ 0. 15 nm 的晶面间 距( 包括物相鉴定的检索/ 匹配所要求的绝大多数反 射) 能在几分钟完成衍射花样的记录, 因此在结构动 力学、化学反应和相变的适时研究中广泛应用。 ( 2) 高分辨率和波长的选择性。把测角仪 D1 的分阶扫描至要求的单色器 角 HM 就可选择波长。 所选的波长能用试样中或置于光束中薄膜的一种元 素的吸收限来测定。高度单色的准直入射光束以及 Soller 光阑和晶体分析器的使用, 使得整个衍 射花 样具有很 高的分 辨率, 已能 探测 得到 0. 000 1b 的 Brag g 峰的漂移。图 3a 和 b 给出同一样品分 别用 CuK A 辐射、D 500 粉末衍射仪和 K= 0. 158 nm 的同 步辐射 X 射线粉末衍射仪的 衍射花样, 比较可知, 后者的衍射峰窄、分辨率高、衍射强度大及弱峰的探 测能力强, 因此测量精度也高。 ( 3) 除峰 宽随t anH增加外, 整个花样中 的衍射
《同步辐射应用基础》课件
本课程将介绍同步辐射的基本知识和应用。同步辐射是一种特殊的电磁辐射， 被广泛应用于材料科学、生命科学、化学以及环境科学等领域。
同步辐射的概念
定义
同步辐射是高速电子经过弯 曲磁铁时所产生的特殊的电 磁辐射。
形象描述
可以想象成一束高度聚焦的 电子光束，类似于电子显微 镜的工作原理。
2
扫描透射电子显微镜(STEM)
同步辐射可用于STEM样品中小到2nm的纳米颗粒的表征。
3
束缚态谱(BIND)
可以通过同步辐射X射线获取材料中不同原子的化学键能。
结论和展望
本次课程中我们讲述了同步辐射的基本知识、应用与实验技术，详细描述了同步辐射在材料科学 中的重要应用实例。同步辐射的应用前景广阔，会在更多的领域和学科中得到应用，推动科学技 术的发展。
同步辐射的应用领域
材料科学
同步辐射可以提供高分辨率的晶体结构、 电子结构和表面形貌等信息。
化学
同步辐射可以用于表征化学反应、反应过 中的物种和反应动力学等方面的研究。
生命科学
同步辐射可以观测到生命分子在不同状态 下的结构和功能变化，对于药物研发有重 要作用。
环境科学
同步辐射可以用于环境污染物的分析、污 染源的追溯和基础环境研究等方面。
加速器
实验站会提供一台大型的粒子加速器，用于产生高速载流子流。
光束线
实验站有多条光束线，用于将同步辐射光束聚集、选择并传输到实验区域。
探测器
同步辐射实验的数据信噪比较低，需要高灵敏度探测器进行数据采集。
同步辐射在材料科学中的应用实例
1
X光光电子谱(XPS)
可以通过同步辐射X射线将材料表面原子的能级激发到离子态，从而观察其化学 状态。
同步辐射的基本知识——第二讲同步辐射中的衍射术及其应用(四)
（）波长色散衍射 ａ （ ） 能量色散 衍射 ｂ
示 出一 般 的粉末 衍射 花样 。可见 能量 色散衍 射 Ｅ） １－
图 １ 波长色散衍射和能量色散衍射几何 的比较 ７
Ｆ ｇ Ｇｅ ｍ ｅ ｒ ｏ ｐ ｒｓ ｎ ｏ ｖ ｅ ｇ ｈ ｉ ．１ ７ ｏ ｔｙ ｃ ｍ ａ ｉｏ ｆｗａ ｅ ｌｎ ｔ
收 稿 日期 ：０ ７１ —２ ２０ —０２
４ ２ 能量 色散衍 射 的两 种工 作模 式及 其 比较 ．
作 者 简介 ： 国峰 （９ ７ ）男 ．１ 师 。 程 １７ 一 ， ． 程 一
能量 色散 衍射 有 两 种 工 作 模 式 ， 特点 比较 列 其
・
３２ ・ ７
维普资讯
丝 位敏 探测器 ， 同时接 收和记 录各 衍射 线 ， 可 这称 为 波 长色 散衍射 。各 衍射 线服 从 Ｂ ａ ｇ定律 ： ｒｇ
特 征ｘ射 线入射 连续ｘ射线入 射
衍 射线 服从 ：
２ ｓｎ ｄ ｉ０— １ ． ９ ５ Ｅ ２３ ８／ （ ９ ２）
式 中 Ｅ 为入 射 线 的 能量 ， 位 为 ｋＶ，ｄ的单 单 ｅ
（ ． Ｓ ａ ｇ ａ ｎ ｔｔ ｔ ｆＣｅ ｏ ｉｓＣｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｆ． ｉ ｎ ｅ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０，Ｃｈ ｎ ； １ ｈ ｎ ｈ ｉ ｓ ｉ ｅｏ ｒ ｍ ｃ ｉ ｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍｙ ｏ Ｓ ｅ ｃ ｓ ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ５ Ｉ ｕ ｃ ２ ｉａ ２ ｈ ｎ ｈ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｉｒ － ｙ ｔｍ ｎ ｎ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ．Ｓ ａ ｇ ａ ｓ ｉ ｔ ｆＭ ｃ ｏ Ｓ ｓ ｅ ａ ｄ Ｉ ｆ ｒ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｆＳ ｉ ｎ ｅ ｈ ｎ ｈ ｉ２ ０ ５ Ｉ ｔ ｏ ｉ ｅ ｅ Ａｃ ｄ ｍｙ ｏ ｃｅ ｃ ，Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０，Ｃｈ ｎ ） ｉａ Leabharlann 黪 黼 兰 鳗 缨兹
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用_八_
或者两种铜原子位置都被部分取代, 它是不随人的 意志为转移 的, 因此 把研究的 注意力集 中在对 T c 的影响及原子占位问题上, 一些研究的结果总结于 表 15 中, 从取代元素对 T c 的影响来看可分两类: 一 类对T c 影响 不大, 如钛、铬、钒、银和 铂; 另一类是
与此类似, 用镧、钕、钐、铕、钆、镝、锬和铥部分 或全部取代钇。当为全部取代时, 刚制备的样品的 点阵参数 a, b, c 及晶胞体积 V 都随原子序 Z 增加 而降低, 这与稀土原子的离子半径随 Z 增加而减小 相对应, 超导转变温度 T c 也随之降低, 且随电流增 加 T c 也向低温方向漂移。
由于这种元素( 部分或全部) 取代在实际中, 无 论就材料而言, 或就取代元素而言, 其种类繁多, 故 无法系统地进行研究和小结, 这里仅介绍笔者曾关 心或研究的几个材料体系中的某些问题。 7. 1 高 Tc 超导体中的原子有序和氧空位有序
在 Y Ba2 Cu3 O7- x 中, 用某些元素取代或部分取 代其中的阳离子后, 在这种新的超导体中, 取代原子 在晶胞中位置不随人的意志为转移。比如, 设想部 分 取 代 Y Ba2 Cu3 O 7- x 中 的 铜, 通 式 可 写 为 YBa2 ( Cu1- y M y ) O 7- x , M 原子是否全部取代铜的部 分位置, 即 使全 部 取 代铜 的 位置, 那 么究 竟 取 代 Cu1( 0 0 0) 的位置, 还是取代 Cu2( 0 0 0. 359) 位置,
还有用锶和钙取代钡, 人们还考虑可否用 Ó B 族的铊取代 ÓA 的钇, 同时还考虑用铋和铅的可能 性。Maeda 和 T anaka 等深信为了 寻找更高 T c 的 超导体, 重要的是去研究不含稀土元素的其他类型 的氧化物, 并着重研究 ÕB 族三价元素铋和锑, 这导 致他们 首 先 发 明 了 T c 达 105 K 的 新 型 超 导 体 BiSrCaCu2 O x , 然后获得一系列高 T c 的超导体:
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用_二_
理化检验-物理分册PTCA(PART:A PHYS.TEST.)2008年第44卷4专题综述同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用(二)程国峰1,杨传铮2,黄月鸿1(1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050; 2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050)BASIC K NOWLEDGE OF SYNCHROT RON RADIAT ION )))LECT U RE No.2DIFFRACTION T ECHNIQU E AND ITS APPLICATIONSIN SYNCHROTRON RADIAT ION(Ò)CHENG Guo-feng1,YANG Chuan-zheng2,HUANG Yue-hong1(1.Shanghai Institute of Cero mics Chinese A cademy o f Sciences,Shang hai200050,China;2.Shang ha i Inst itute of M icr o-System and Info rmatio n T echnolog y,Chinese Academy of Science,Shang hai200050,China)中图分类号:O434.11文献标识码:A文章编号:1001-4012(2008)04-0215-042六圆衍射仪、劳厄法和单晶样品的结构测定2.1X射线单晶六圆衍射仪在同步辐射X射线单晶衍射中一般使用六圆衍射仪,见图9所示。
如德国H uber公司的5020六圆衍射仪。
U圆是绕晶体的轴旋转的圆(即晶台或测角台绕晶轴自转的圆),换言之,让晶体在安装晶体的测角头的轴旋转;V圆是安置晶台的垂直圆,让测角头绕测角器的中心(即U,V,X和2H四个圆的轴线的交点)旋转;X圆是使垂直圆绕垂直轴转动,即V圆绕测角器的垂直轴旋转,换言之,可使整个晶体绕垂直轴转动;以上三个圆的旋转可使晶体在空间作任何取向;2H圆和X圆共轴,让探测器绕测角器的垂直轴旋转。
同步辐射技术及其应用ppt课件
纳米材料 复合材料 磁性材料 超导材料 ••• 材料
集成电路
MEMS NEMS
催化剂
无损检测 疲劳分析
材凝 料聚 科态 学物
理
超微光刻
微纳加工
同 步 辐 射 应 用
39
能源
资源 矿产 环境
能
石油
源
煤炭
高
太阳能
效
利
用
地质成因、勘探
稀土金属利用
燃烧反应 光化学反应 电化学反应
地球科学
环境污染监测分析 与治理
2004．12 2006．9 2007．7 2008．3 2008．4 2008．8 2008．12 2009.1-2009.4 2009．4
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谢谢！
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利用多种组合方法进行研究是新一代光源上一个明显的趋势
43
分子环境科学
在分子尺度上研究环境中污染物的形态、污染物 的迁移和转化的复杂化学过程的新兴前沿学科。
目前分子环境科学科主要研究污染金属元素和 放射性核素等人类活动造成的污染及其治理方法。
44
地球科学应用
地球科学的根本目的是了解地球演变的过程， 预测未来的发展，了解金属、矿石、化石燃料 在地壳中的聚集情况，这些都是与人类的生存 环境和资源密切相关的。
生
命
健 康
生命科学 生物技术
医药学 医药技术
分子生物学 细胞生物学 神经生物学 病毒学、免疫学 毒理学•••
药物设计 病理、药理 医学诊断与 治疗
结
生物大分
构
子结构
生
物
细胞、组
学
织结构
生物医学成像 射线治疗
同 步 辐 射 应 用
《同步辐射应用基础》PPT课件
E
Ek
p2
2
2 2 E 2
i 2 2
t 2
考虑势函数的一般表达式
i
t
2
2
2
V
r,
t
态的迭加原理：如果1、2、3n描写的 都是体系可能的状态，那么它们的线性迭加描 写的也是体系可能的状态
H
' 22
E'
H
' 1
f
H
' 2
f
0
H
' f
1
H
' f
2
H
' ff
E'
解此久期方程，我们可以得到f个根E’，即 f个能量的一级修正。一级微扰可以将f度简 并完全或部分消除
含时微扰与量子跃迁
体系原来处于不显含时间t的H0 的本征态上,它的包 含时间因子的本征函数系为
n
同步辐射应用领域 凝聚态物理、材料科学、原子分子物理、
生命科学、信息科学、环境科学、光化学、催 化、医学、农学、微电子、微机械
量子力学的产生
十九世纪末和二十世纪初，物理学的发
展进入了研究微观现象的新阶段，这时许多物
理现象无法用经典理论给以解释。主要有两类，
一类是光（电磁波）的量子属性问题，另一类
i
Gh
Rn
1
Gh Rn 2m
全部 Gh 端点的集合，构成该布拉维格子（正 格子）的倒格子，Gh 称为倒格矢
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用_三_
专题综述同步辐射的基本知识第二讲 同步辐射中的衍射术及其应用(三)程国峰1,杨传铮2,黄月鸿1(1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050; 2.中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050)BASIC KNOWL ED GE O F S YNC HRO TRON RADIA TION ———L EC TU R E No.2 DIFFRAC TION TEC HN IQU E AND ITS A PPL ICA TIONSIN S YNC HRO TRON RADIA TION(Ⅲ)CHENG G uo2feng1,YANG Chuan2zheng2,HUANG Yue2hong1(1.Shanghai Institute of Ceromics Chinese Academy of Sciences,Shanghai200050,China;2.Shanghai Institute of Micro2System and Information Technology,Chinese Academy of Science,Shanghai200050,China)中图分类号:O434.11 文献标识码:A 文章编号:100124012(2008)05202752043 同步辐射中的掠入射X射线衍射和表面结构3.1 同步辐射中的掠入射X射线衍射术掠入射散射(GIS)和掠入射衍射(GID)已在表面科学和表面工程中广泛应用,近年来在试验技术、衍射理论和在多层膜分析中的应用都有很大发展。
如图13所示,图中K0为入射波,K s为镜面反射波,K h为衍射波,h为Bragg面的倒易矢量,Φ0,Φh和φ分别为K0,K h和h与表面的夹角。
掠射几何能分为三种主要类型:①共面极端非对称衍射(EAD),衍射面与晶片表面形成近Bragg角,入射线和出射线都成掠射;②表面或掠入射衍射(GID),衍射面垂直于试样表面,入射线和出射线都成掠射;③掠射Bragg2Laue衍射(G BL),是EAD 和GID的结合,它包括来自与晶体表面法线成小角度的倾斜原子平面的衍射,也可选择非对称衍射。
同步辐射技术简介及其应用
7
应用
生物科学应用： 生物大分子结构研究是同步辐射应用用户发展最快、重大成果最多的领域 蛋白质科学是当代生命科学研究的前沿，是生物技术与生物产业的源泉
凝聚态物理与材料科学： 凝聚态物理与材料科学是同步辐射应用最为广泛的领域,几乎所有的同步辐射技术方法都得到了广泛应用 X射线衍射：单晶衍射、粉末衍射、表面衍射 X射线散射：漫散射、磁散射、非弹性散射、小角散射、反射率、驻波法 SR吸收谱： XAFS、荧光谱学、MCD、光电子能谱 成像技术：X射线显微、软x射线显微、光电子显微、X射线全息(荧光全息、吸收全息)、X射线 相干衍射
10
谢谢欣赏
同步辐射光作为一种新型的强光源，具有高 亮度、高强度和宽频谱等特性，它不仅在物理、 化学、生物学等基础研究领域，而且在医学、环 境和工业等应用领域也有广泛应用。
3
特点
空间发散角： 常规X射线：半球面发射 同步辐射：圆锥发射
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特点
时间结构： 同步辐射具有一定的时间结构。由于电子速度接近光速，两个 辐射脉冲间隔实际是非常近的。 常规X射线为连续发射，同步辐射为脉冲发射。
分子环境科学： 在分子尺度上研究环境中污染物的形态、污染物的迁移和转化的复杂化学过程的新兴前沿学科。 目前分子环境科学科主要研究污染金属元素和放射性核素等人类活动造成的污染及其治理方法。
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应用
同步辐射的产业应用： 同步辐射具有重要应用前景的产业领域：
生物技术与制药 化工：催化剂研究 半导体工业：超微光刻工艺与检测技术 MEMS/NEMS：微纳加工
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应用
地球科学应用： 地球科学的根本目的是了解地球演变的过程，预测未来的发展，了解金属、矿石、化石燃料在地壳中的聚集 情况，这些都是与人类的生存环境和资源密切相关的。 利用高亮度同步辐射装置能分析周期表上所有稳定的或长寿命的矿物元素，可研究处于极端高温、高压条件 下物质结构、状态变化，弄清地壳深处和地幔中矿物的相变和状态方程，了解矿物的物理特性与原子尺度结构的 关系等。
同步辐射技术及其应用
同步辐射技术及其应用一、同步辐射技术的概述同步辐射技术是一种高能量、高亮度的电磁波辐射，具有非常强大的穿透力和空间分辨率，可以用于研究材料的结构、物理性质和化学反应等方面。
同步辐射技术是近年来发展最快、应用最广泛的先进科学技术之一，已经成为现代材料科学、生命科学和环境科学等领域中不可或缺的重要工具。
二、同步辐射技术的原理同步辐射技术利用加速器将电子加速到几乎接近光速，并通过强磁场将其弯曲成为环形轨道，在轨道上运动时会释放出极为强大的电磁波，即同步辐射光。
这些光束具有非常高的能量和亮度，可以穿透各种材料并与其相互作用，从而提供了对材料内部结构和性质进行非常精细、详细分析的可能。
三、同步辐射技术在材料科学中的应用1. 材料结构分析：利用X射线衍射技术和中子散射技术等同步辐射技术，可以对材料的晶体结构、分子结构和原子结构等进行非常精细的分析。
这些分析结果可以帮助科学家深入了解材料的物理性质和化学性质，为新材料的设计和开发提供重要参考。
2. 材料表面分析：利用同步辐射光束的高空间分辨率和能量选择性，可以对材料表面进行非常精细的原位分析。
例如，利用X射线吸收光谱技术可以研究催化剂表面上活性位点的结构和电子状态等信息。
3. 材料动力学研究：利用时间分辨同步辐射技术，可以对材料中的化学反应、相变过程、电荷传输等动力学过程进行实时观测。
这些研究结果有助于深入了解材料内部机制，并为新型功能材料的设计提供指导。
4. 材料成像：利用同步辐射光束的高亮度和高空间分辨率，可以对材料进行非常精细的成像。
例如，X射线断层扫描技术可以实现对材料内部结构的三维成像，而硬X射线显微镜技术可以实现对材料微观结构的成像。
四、同步辐射技术在生命科学中的应用1. 生物大分子结构研究：利用同步辐射光束的高能量和高空间分辨率，可以对生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构进行非常精细的分析。
这些分析结果有助于深入了解生物大分子的功能机制，并为药物设计提供指导。
同步辐射x射线高速成像与衍射
同步辐射x射线高速成像与衍射同步辐射X射线高速成像与衍射技术作为一种先进的光学成像方法，近年来在我国得到了广泛的应用和发展。
它利用同步辐射光源产生的高亮度、低散射的X射线，通过对物体内部结构进行扫描和成像，实现对材料、生物、医学等领域的高分辨率、高对比度成像。
同步辐射X射线高速成像主要依赖于X射线的穿透能力和不同组织对X射线的吸收差异。
在成像过程中，X射线源产生的X射线穿过物体，被不同组织吸收后产生不同程度的衰减。
通过检测器接收穿过物体的X射线，并将其转换为图像信号，最终得到具有不同灰度级的图像。
同步辐射X射线高速成像具有以下优点：1. 高分辨率：同步辐射光源具有高亮度和低散射特性，可以获得高分辨率的成像效果。
2. 高对比度：同步辐射X射线成像可以区分不同组织之间的吸收差异，实现高对比度的成像。
3. 深度穿透：同步辐射X射线具有较强的穿透能力，可以实现对较厚组织的成像。
4. 无损检测：同步辐射X射线成像是一种非接触式成像方法，对被测物体无损伤。
5. 实时动态成像：同步辐射X射线高速成像技术可以实现实时动态成像，便于观察物体的变化过程。
衍射是同步辐射X射线成像的另一个重要应用。
衍射现象是指X射线穿过物体时，由于物体内部原子对X射线的散射，使得X射线的传播方向发生改变。
通过分析衍射图案，可以获得物体内部原子排列的信息，从而推断出物体的晶体结构。
同步辐射X射线衍射技术在材料科学、生物医学等领域具有广泛的应用价值。
在同步辐射X射线高速成像与衍射技术的发展过程中，我国科学家不断对其进行优化和改进。
例如，通过引入相位编码技术、压缩感知重建算法等先进方法，提高了成像速度和分辨率；利用多能X射线成像技术，实现对不同组织、不同能量范围的成像；还将同步辐射X射线成像与计算机断层扫描技术相结合，实现对物体内部的三维成像。
总之，同步辐射X射线高速成像与衍射技术在我国得到了广泛的应用和发展。
在未来的研究中，我国科学家将继续努力，推动同步辐射X射线成像技术的创新与进步，为各领域的科学研究和工程技术提供有力支持。
同步辐射及中子衍射技术在增材制造领域的应用
同步辐射及中子衍射技术在增材制造领域的应用同步辐射和中子衍射技术在增材制造（Additive Manufacturing，AM）领域的应用主要集中在以下几个方面：
1. 材料研究与优化：同步辐射和中子衍射技术可以用于对增材制造过程中使用的材料进行详细的结构分析。
通过观察材料内部的微观结构和晶体结构，研究人员可以了解材料的性质、缺陷和相变等信息，从而优化制造过程和材料选择。
2. 应力和残余应力分析：制造过程中产生的残余应力对构建物件的性能和稳定性有重要影响。
同步辐射和中子衍射技术可以用于测量材料中的应力和残余应力，帮助制造者更好地了解构建件的性能。
3. 质量控制和缺陷检测：这些技术可用于检测增材制造构建件中的缺陷、异物和材料不均匀性。
通过实时监测和分析，可以提高构建件的质量并避免因制造过程中出现的问题而导致的不良影响。
4. 结构性能研究：同步辐射和中子衍射技术还可以用于研究增材制造构建件的结构性能，包括材料的强度、硬度和耐磨性等。
这对于确保构建件符合特定应用的性能要求至关重要。
总体而言，同步辐射和中子衍射技术在增材制造领域的应用为研究人员和制造者提供了强大的工具，有助于优化材料、改善制造过程、提高构建件的质量和性能。
1/ 1。
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用(八)
同步辐射的基本知识第二讲同步辐射中的衍射术及其应用(八)程国峰;杨传铮;黄月鸿
【期刊名称】《理化检验-物理分册》
【年(卷),期】2008(044)010
【摘要】@@ 7合金元素(部分或全部)取代后原子的占位问题rn无论是合金材料、硅酸盐材料、氧化物或复合氧化物材料等,为了改善其性能,用其他元素取代材料中
阳离子(或阴离子)是最常用的方法,这种取代元素的作用和效果,不仅与取代元素和
被取代元素的物化、化学性能的差别相关,还与取代元素的原子占位情况紧密相关.【总页数】6页(P588-593)
【作者】程国峰;杨传铮;黄月鸿
【作者单位】中国科学院,上海硅酸盐研究所,上海,200050;中国科学院,上海微系统与信息技术研究所,上海,200050;中国科学院,上海硅酸盐研究所,上海,200050
【正文语种】中文
【中图分类】O434.11
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2-同步辐射衍射实验-基本原理
点阵：布拉菲（Bravais）点阵
平移群只有14种，即14种Bravais点阵。7个晶 系。 顶点+可能的体心、面心 三斜（初基三斜） 初基单斜；单面心单斜； 初基正交；单面心正交；体心正交；面心正交； 初基四方；体心四方；（为什么没有面心四 方？） 初基六方；初基三方 初基立方；面心立方；体心立方。
同步辐射衍射一衍射的基本原理来源x光光子受到样品中电子的相干散射由于样品中原子排列的性质如周期对称性等导致强度的调制产生强度的极大或者其它分布
同步辐射衍射（一）
衍射的基本原理
来源
X光光子受到样品中电子的相干散射，由 于样品中原子排列的性质（如周期对称 性等）导致强度的调制，产生强度的极 大或者其它分布。 强度的分布反映了样品中原子位置的信 息，通过一定的处理方法可以获得这些 信息。
衍射和散射所能研究的体系
非常广泛。原先对于晶体（衍射），近 来由于同步辐射的发展，对非晶态物质 的研究得到发展。 单晶衍射：结构测定； 多晶衍射：相分析、微缺陷、结构分析； 散射（非晶）：研究非晶态物质的重要 手段。
X射线衍射的发展历史
M. V. Laue于1912年验证了晶体的衍射； （1914年诺贝尔物理学奖） Bragg父子测定了NaCl晶体结构；（1915 年诺贝尔物理学奖）； DNA双螺旋结构；（1953年诺贝尔医学 和生物学奖） 肌红蛋白结构；（1963年诺贝尔物理学 奖）；
小角散射：通过角度很小的散射强度分 布获得样品中密度分布的信息。 适合于诸如纳米材料，生物大分子等体 系的研究：得到颗粒或生物大分子的形 状、分布等信息。 分辨率较低，但是对样品和实验的要求 较低。
同步辐射技术及其应用
同步辐射技术及其应用一、什么是同步辐射技术同步辐射技术是一种基于电子加速器的高能粒子束与周期磁场相互作用产生的电磁辐射现象。
通过调节粒子束的能量和磁场的周期性，可以产生宽频谱、高亮度和高相干性的辐射光束。
同步辐射技术最早应用于粒子物理实验，随着科学技术的发展，逐渐在不同领域得到应用。
同步辐射光源已经成为研究材料科学、生物化学、医学和环境科学等领域的重要工具。
二、同步辐射技术的原理同步辐射技术的基本原理是利用加速器产生高能电子束，电子束通过磁场装置，使得电子在磁场中做螺旋运动。
当电子通过磁场区域时，会发生辐射现象，产生连续谱的电磁辐射。
同步辐射光束的光谱范围包括紫外线、X射线和γ射线等。
不同能量的电子束在磁场中的运动轨迹和辐射频率不同，因此可以通过调节加速器和磁场的参数来选择和控制产生的辐射光束的能量和频率。
三、同步辐射技术的应用3.1 材料科学研究同步辐射技术在材料科学研究中具有广泛的应用。
通过同步辐射光束的能量和频率的选择，可以对不同材料的结构和性质进行表征和研究。
3.1.1 表征材料结构同步辐射光束可以通过X射线衍射和X射线吸收等技术，对材料的晶格结构、晶体缺陷和界面结构等进行表征。
这些信息对于了解材料的性能和制备过程具有重要意义。
3.1.2 研究材料性质同步辐射光束可以用于研究材料的电子结构、磁性和光学性质等。
通过测量同步辐射光束与材料的相互作用，可以获取材料能带结构、电子云密度和磁矩等信息。
3.2 生物化学研究同步辐射技术在生物化学研究中也具有重要的应用价值。
通过同步辐射光束的高亮度和高相干性，可以对生物大分子的结构和功能进行研究。
3.2.1 解析生物大分子结构同步辐射光束可以通过X射线晶体学和小角散射等技术，对生物大分子的结构进行解析。
这对于理解生物大分子的功能和机制具有重要意义。
3.2.2 研究生物大分子功能同步辐射光束可以用于研究生物大分子的光生物学和光化学性质。
通过控制同步辐射光束的能量和极化状态，可以对生物大分子的光驱动和光响应过程进行研究。
同步辐射原理及应用
同步辐射原理及应用一、同步辐射原理同步辐射是指高能电子或带电粒子通过磁场加速器加速后，沿弯曲轨道运动时，产生的高强度、高亮度的电磁辐射。
其原理可以概括为以下几点：1. 加速器：同步辐射源的核心是加速器，通常采用线性加速器或环形加速器。
加速器能够将电子或带电粒子加速到超过光速的速度，使其能够在弯曲轨道上运动。
2. 弯曲轨道：加速器中的电子或带电粒子在磁场的作用下，沿着弯曲轨道运动。
弯曲轨道的半径决定了产生的辐射的波长。
3. 辐射机制：当电子或带电粒子沿着弯曲轨道运动时，会受到加速度的作用，从而产生辐射。
这种辐射被称为同步辐射。
二、同步辐射应用同步辐射源产生的高强度、高亮度的电磁辐射在科学研究和工业应用中有着广泛的应用。
以下是一些主要的应用领域：1. 材料科学：同步辐射源可以通过X射线吸收光谱、X射线衍射和X射线磁学等技术，研究材料的结构和性质。
这些研究对于材料的设计和应用具有重要的意义。
2. 生命科学：同步辐射源的高亮度和高空间分辨率使其成为生命科学研究的重要工具。
例如，通过同步辐射X射线成像技术可以观察生物组织的微观结构，研究生物分子的结构和功能。
3. 能源与环境：同步辐射源可以用于研究新能源材料的催化机制和光催化性能，以及污染物的形成和传输过程。
这些研究对于能源开发和环境保护具有重要的意义。
4. 纳米科技：同步辐射源可以提供高亮度和高空间分辨率的光束，用于研究纳米材料的结构和性质。
这对于纳米材料的制备和应用具有重要的指导作用。
5. 工业应用：同步辐射源可以用于制造业中的质量控制和工艺改进。
例如，通过同步辐射X射线技术可以实现对材料的非破坏性检测，提高产品的质量和可靠性。
6. 医学应用：同步辐射源可以用于医学影像技术中的CT扫描和放射治疗。
这些技术可以提供更高的分辨率和更低的剂量，改善医疗诊断和治疗效果。
同步辐射源在科学研究和工业应用中发挥着重要的作用。
通过研究同步辐射原理和应用，可以深入了解其特点和优势，为相关领域的进一步发展提供技术支持和指导。
同步辐射衍射
同步辐射衍射
同步辐射衍射（Synchrotron X-ray Diffraction）是一种研究材料结构的实验方法。
它利用同步辐射光源产生的高亮度、高能量的X射线，通过衍射技术获得材料的结构信息。
在同步辐射衍射实验中，X射线束经过样品后，在探测器上产生衍射图样。
通过分析样品的衍射图样，可以获得材料的晶胞参数、晶体结构、晶格畸变、应力等信息。
同步辐射衍射具有以下几个重要优势：
1. 高亮度：同步辐射光源具有很高的辐射亮度，能够提供足够的强度用于衍射实验，使得实验具有很高的信噪比，提高了实验的精度和分辨率。
2. 高能量：同步辐射光源的X射线能量较高，能够穿透材料的表面，进一步获取样品的内部结构信息。
3. 宽能谱范围：同步辐射光源能够提供连续的能谱，可以调节X射线的能量，以适应不同材料的研究需求。
4. 高时间分辨率：同步辐射衍射实验可以实时地跟踪和记录样品在不同条件下的结构变化，具有很高的时间分辨率，可以用于研究材料的动态过程和相变行为。
同步辐射衍射在材料科学、物理学、化学和生物学等领域的研
究中得到广泛应用，可以用于研究晶体结构、薄膜的生长和表面结构、材料的应力分布、相变过程等。
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同步辐 射 Ｘ射 线粉末衍 射有如 下优 点 ： （）高的衍 射 强度 和短 的 试验 数 据 收 集 时 间 。 １ 记 录一衍射 花样所 需 的时 间 由试样 的衍 射 能 力 、 结 晶度 、 要求 的分辨率 、 精度和扫 描 的角范 围决定 。当 采用 波长 为 ００ ５ｎ 的 Ｘ射线 ， 长 为 ００ 。每 ． ７ ｍ 步 ． ２，
距 （ 括物相鉴 定 的检 索／ 包 匹配 所要求 的绝 大多数 反 射） 能在几分钟 完成衍 射花样 的记录 ， 因此 在结构 动 力学 、 化学反 应和相变 的适时研 究 中广 泛应 用 。
（） ２ 高分辨率和波长的选择性。把测角仪 Ｄ Ｉ 的分 阶扫 描至 要 求 的单 色 器角 就 可选 择 波 长 。 所选 的波长 能用试样 中或置 于光束 中薄膜 的一种 元 素 的吸收 限来 测定 。高度 单色 的准直人 射 光束 以及 Ｓ ｌｒ 阑和 晶体分 析 器 的使 用 ， 得 整个 衍 射 花 ｏｌ 光 ｅ 使
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（ ） 高分辨同步辐射 ｘ射线粉末衍射 ｂ 图 ３ 催化剂试样 的 ｘ射线衍射花样
图 ２ 同 步 辐射 Ｘ 射线 粉 末 衍 射 仪 试 验 示 意 图
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程 国峰 等 ： 同步辐射 的来自本知 识 第二讲 同步辐射 中的衍 射术及 其应 用（ 一）
有 的不用 ＨＰ ，而使 用 晶 体 分 析器 。全 部 装 置 都 Ｓ
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作 ２ 描 记 录 ， 不 象普 通 衍 射 仪 那 样 有 聚 焦 效 扫 但 应， 因此 同步辐 射 Ｘ射线粉 末 衍 射仪 和单 晶 四圆衍 射 仪 的测 角仪 可 以通用 。 １ ２ 多晶样 品衍射 花样 的 Ｒ ｅｖｌ ． ｉｔｅ ｄ结构精 修 对 于已知 初 始 结 构 的 模 型 ， 空 间群 、 阵 参 如 点 数 、 胞 中原子 数 目及 坐标 位置 ， 采用 Ｒｉ ｖｌ 单 可 ｅ ｅ ｔ ｄ方
样 具 有 很 高 的分 辨 率 ， 能探 测 得 到 ０ ０ ０ｌ的 已 ． ０ ｏ Ｂａｇ峰 的漂移 。图 ３ ｒｇ ａ和 ｂ给 出 同 一样 品分 别用 Ｃ Ｋ ｕ 辐射 、 ５０粉末衍 射仪 和 入 ． ５ ｍ 的同 Ｄ０ 一０ １８ｎ 步辐射 Ｘ射 线 粉末 衍 射仪 的衍 射 花 样 ， 比较 可 知 ， 后者 的衍射峰 窄 、 分辨率 高 、 射强度 大及 弱峰 的探 衍 测能力 强 ， 因此 测量精度也 高 。 （ ） 峰宽 随ｔｎ增 加 外 ， 个 花 样 中 的衍 射 ３除 ａ０ 整
Ｆ ｇ ３ ＸＲＤ ａ ｔ ｒ ｆａ ｃ ｔ ｌｚ ｒｓ ｍｐ ｅ ｉ． ｐ ｔｅ ｎ ｏ ａ ａｙ ｅ ａ ｌ
（ 使用垂直和水平两组 Ｓ ｌ ｒ 阑 Ｖ Ｓ和 ＨＰ ） ｏｌ 光 ｅ Ｐ Ｓ
Ｆｇ ２ Ｓ ｅｃ ｆｅ ｐ ｒｍｅ ｔｌ ｒａ ｇ ｏ － ａ ｏ ｅ ｉ． ｋ ｔｈｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｒｎ ｅｆｒＸ ｒ ｙｐ ｗｄ ｒ ａ
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