同步辐射技术及其应用ppt课件

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对同步辐射的评价
美国建于芝加哥的电子能量7GeV的Advance Photo Source (APS)在 1998年建成运转， 被美国“Science”杂志评为当年世界十大发 明之第三，排在多利羊及登陆火星之后。
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2、同步辐射源的构造
同步辐射装置虽 然是一庞大而复 杂的设备，但其 主要由三部分组 成，即注入器、 电子储存环及其 它附属设备。
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透光元件(窗)
铍是常规的透光窗口材料，缺点是有剧毒。近 年来，采用人工合成金刚石薄膜，作为透光材 料，取得较为理想的效果。
反光元件(镜)
选择合适材料及合适掠入射角，可得到较大的 反射率。多层薄膜反射镜，除了改变光束的方 向外，还有滤波的作用。把反射镜作成曲面则 具有聚焦的作用。
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聚光元件
目前常用的聚光元件有 菲涅尔波带片和毛细管 族X射线透镜等。
•••
纳米材料 复合材料 磁性材料 超导材料 ••• 材料
同步辐射技术及其应用
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1、什么是同步辐射
同步辐射是速度接近光束的带电粒子，在 作曲线运动时，其轨道切线方向上发出的一 种电磁辐射。
同 步 辐 射
电子运行轨道
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由于是1947年在美国通用电气公司的一台 70MeV的同步加速器中首次被观察到，故命 名为同步辐射。
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同步辐射装置小的有一个礼堂大，大的其周 长可达两公里。这种装置的投资很大。
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插入件是由一组沿电子的轨迹周期排列的磁铁 组成的，电子进入插入件中后，由于受到磁场 的作用而偏离原轨道，故从它发射的同步辐射 的性能将发生变化。
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电子在离开插入件时又回到原轨道。总之，插 入件是用来获得高质量同步辐射的装置，其数 量的多少与功能的强弱已成为评判同步辐射装 置优劣的标志。
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真空系统
直线加速器、增强器、储 存环和连接管道等，都为 真空设备。
电源设备
同步辐射装置不仅耗电量 大，而且要求电源不受其 它负载的干扰。
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3、同步辐射的重要特性 空间发散角
常规X射线管为半球面发射 同步辐射为圆锥形发射
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时间结构
同步辐射具有一定时间结构。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。
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
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重
要
支 柱
新材料
材料 信息
高新 科技
传统支 柱产业
信息技术
石油化工 钢铁冶金 金属制造
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注入器
注入器是由发射电 子及给电子加速的 加速器组成，其功 能是将电子加速到 同步辐射源要求的 额定能量。然后将 电子注入到电子储 存环中。
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加速器由直线加速器和增强加速器（同步加 速器）两部分构成。
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电子储存环
电子储存环其作用 是让具有一定能量 的电子在其中作稳 定回转运动并发出 同步辐射。
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目前，世界上已经建成、正在在建射和 计划建设的中同步辐射装置有近百台。
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人类历史上的四个革命性光源
(1)电光源：使人类战胜了黑暗消灭了白 天与黑夜的差别。
(2) X光源：使人类看到了物体内部及微 观领域。
(3)激光源：波长单一、准直、相干、高 亮度，在各领域中作用巨大。
(4)同步光源：高强度的综合光源。
这样一个庞大的系统只用一台计算机控制也 是不够的，必须用多台计算机组成一个控制系 统才能完成系统的既定功能，使系统各部分协 调地工作。
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6、同步辐射应用概况
展 对人 同类 步社 辐会 射、 的经 需济 求可
持 续 发
生命/健康 材料/信息 资源/环境 探索未知世界的奥秘
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主 要 科 技 支 撑
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高时间分辨
常规：亚秒 同步：10-12秒
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高灵敏度
可检出 低含量、弱衍射、高角衍 射
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4、同步辐射装置中的光路 和光学器件
前端区从储存环的光束出口到屏蔽墙的一段
光路称为前端区。
光束线光线从储存环屏蔽墙中射出并进入各
实验站的光路称为光束线。
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同步辐射装置中的光学器件
为了把同步辐射改造成所需的光束，必须在光 束线中加入各种类型的光学元件。包括用透光 元件(窗)、反光元件(镜)、聚光元件、分光元件 以及偏光元件等。
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同步辐射是准平行光 可提高分辨率 ，提高亮度 可作掠入射，表面衍射
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• 高ห้องสมุดไป่ตู้度分辨
单晶：以可测衍射的 最小d值
常规：2Å； 同步：1Å
多晶：以标准Si(111) 的半峰宽衡量
常规：10-1~10-2度； 同步：10-2~10-3度
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高空间分辨
有效光束尺寸 常规：100μm 同步：若干nm
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时间结构
常规X光为连续发射 同步辐射为脉冲发射 脉冲宽度ns(10-9s)- ps(10-12s) 脉冲间隔ns-ms 可作单脉冲快速时间分辨实验
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辐射光谱
单电子同步辐射并非 单一波长，是由回转 频率为基频的高次谐 波组成。由于电子束 团中包含许多电子， 这些电子速度即能量 是有差异的，实际上 构成了一连续谱。
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储存环占重要的地 位，是主角，也是 各项设备中投资份 额最高的设备。
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电子在储存环中是 以束团的形式存在 和运行。一个环中 可以有数十以至数 百电子束团同时存 在和运行，也可以 只存在一个束团。
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储存环中包含许多磁聚焦，磁聚焦结构与磁 聚焦结构之间孔隙称为直线段，可以用来引入 束流，安装高频加速谐振腔，各种插入件。
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典 型 同 步 辐 射 的 光 谱 曲 线
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高强度、宽频谱的好处
可严格单色化，提高分辨率 可微束，同步nm，常规100m 可用于微区衍射，可用微小样品 可透过器壁作在位研究 可快速实验
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偏振性
在圆形的平面轨道上运行的电子发射的辐射电 矢量总是在该轨道平面上指向圆心，所观察到 的辐射是具有偏振性的。
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分光元件
把同步辐射中所包含的各种波长连续分布的电 磁波按波长分开，从而成为单色性较好的光。
偏光元件
可以对任何一束光线进行偏振态的分析，也可 以把任何一种入射光改造成所需的偏振光。
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5、同步辐射装置的计算机控制
同步辐射是一个大科学研究系统，包括许多 功能不同的子系统，设备中的成千上万个设备 和部件的启动及关闭、这些设备和部件有关参 数的测量和调整都是无法用人工同时完成的。