同步辐射光源的真空系统
同步辐射光源
同步辐射光源的方向性非常好，准直度极高，这使得科学家能够精确地控制实验条件，得到更准确的结果
高偏振度
同步辐射光源的偏振度很高，即光波的电场分量在一个确定的方向上振荡。这使得科学家能够更好地控制光的传播方向和相互作用
高相干性
同步辐射光源的相干性很好，这意味着在一定的空间和时间范围内，光的电场和磁场分量具有相同的相位。这使得科学家能够更好地控制光的干涉和衍射现象
化学研究：同步辐射光源可用于研究化学反应的动力学过程和化学键的结构。例如，通过光谱技术可以研究分子结构和化学键的振动和旋转光谱
生物研究：同步辐射光源可用于研究生物分子的结构和功能。例如，通过X射线晶体学技术可以分析蛋白质的结构和功能
同步辐射光源的应用
同步辐射光源可用于医学成像和诊断。例如，通过X射线CT技术可以生成ESSIONAL TEMPLATE
CHAPTER 2
同步辐射光源的特点
同步辐射光源的特点
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同步辐射光源具有许多独特的性质，使其在科研和工业应用中具有广泛的应用
以下是同步辐射光源的一些主要特点
同步辐射光源的特点
高亮度
同步辐射光源可以产生极高的光强度，这使得科学家能够在极短时间内对样品进行高精度的分析
同步辐射光源可用于研究材料的微观结构和性质。例如，通过X射线散射技术可以分析材料的晶体结构和相变现象
同步辐射光源可用于环境监测和分析。例如，通过光谱技术可以分析大气中的污染物和气候变化的影响
同步辐射光源的应用
总之，同步辐射光源是一种强大的科研工具，在许多领域都有广泛的应用
01
随着技术的不断发展和进步，它的应用前景将更加广阔
同步辐射光源
同步辐射真空紫外光电离的优点有哪些
一．同步辐射真空紫外光电离的优点有哪些？1.软电离. 同步辐射真空紫外光电离是一种单光子电离技术，能避免在电离时产生碎片，因此能够广泛的探测反应产物。
2.区分同分异构体. 利用同步辐射光的连续可调性结合光电离效率曲线能够区分各种同分异构他。
3.灵敏度高. 由于同步辐射光的高光通量及高亮度特性使得真空紫外光电离技术有很高的灵敏度。
二．什么是同步辐射光电离光解离？光电离是气相的原子分子吸收同步辐射光而产生母体离子，光解离是气相的分子吸收适当能量的同步辐射光而产生碎片离子，通过各种技术探测光电子和光离子可以确定光电离及光解离及解离通道和分子比。
三．从同步辐射光电离试验中能获得哪些物理化学信息？1.电离能解离能2.能级结构3 解离通道4吸收截面及电离截面四．同步辐射光电离技术有哪些？1光电离质谱2荧光光谱3光吸收谱4光电子普5符合技术五．同步辐射光电离质谱技术有哪些？1.光离子普. 这种技术是只探测光电离及光解离后的母体离子和碎片离子2.符合技术.符合技术是同时至少探测两种以上的信号，包括光电子-光离子符合，荧光光子-光离子符合，正离子-负离子符合，还有三种符合等其他形式的符合3.场致电离. 这种技术的特点是先用一定能量的同步辐射光把中性产物激发到高里德堡态，在产物到达探测器通过一个脉冲电场产物电离成离子，这种方法的优点是可以避免带电离子在质谱中的相互作用，在一定的程度上提高分辨率六．零动能光电子普与阈值电子谱及质量分辨阈值电离谱技术的区别？零动能光电子普技术是1.将分子布局到高里德堡态ZEKE态，可以通过共振增强多光子技术，真空紫外单光子技术等2.在ZEKE的基础上通过场致电离获得零动能电子阈值光电子普技术是选择光子使其接近离子的能级，产生的光电子动能很小零动能谱相比于阈值谱技术有更高的能量分辨率质量分辨阈值电离谱技术与零动能谱技术原理相同，不同的是零动能普探测电子而质量分辨阈值谱探测离子且具有质量选择性，能提供质量方面的信息，广泛应用于同位素团簇的研究中七．同步辐射光电离质谱技术的应用领域有哪些？燃烧与分析站1燃烧化学和燃烧反应动力学的研究2化学气相沉积(CVD)过程中的动力学研究3催化反应机理的研究4自由基的光电离研究应用5生物大分子的分析6高分子材料的分析7同位素质谱分析。
同步辐射及其应用(讲义)
同步辐射及其应用(讲义)同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好以及可用作辐射计量标准等一系列优异特性，已成为自X 光和激光诞生以来的又一种重要光源。
尤其是在真空紫外和X射线波段的性能，非其他光源可比，很多以往用普通X光和激光不能开展的研究工作，有了同步辐射光源以后才得以实现。
近几年来还发现，在红外波段同步辐射同样具有常规红外光源所无法比拟的优越特性。
同步辐射也因此在物理学、化学、生命科学和医药学、材料科学、信息科学、环境科学、地矿、力学、冶金等研究领域，以及深亚微米光刻和超微细加工等高新技术领域中得到广泛应用。
据统计，70年代以来，已有22个国家和地区，建成或正在建设同步辐射装置50余台，其中，超过40台已投入使用。
我国北京正负电子对撞机国家实验室(BEPC NL)的同步辐射装置(BSRF)和中国科技大学国家同步辐射实验室(NSRL)分别于1989年和1991年建成并投入使用。
1．什么是同步辐射1947年，美国通用电器公司的一个研究小组首次在同步加速器上观测到高能电子在作弯曲轨道运动时会产生一种电磁辐射，称其为同步加速器辐射，简称同步辐射。
其实，据《宋会要》记载，早在公元1054年，我国古代天文学家就观测到金牛座中天关星附近出现异象：“昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十三日。
”这是人类历史上第一次详细记载超新星爆炸。
这颗超新星爆炸后的遗迹形成今夜星空的蟹状星云。
现代天文学家确认该星云的辐射，包括红外线、可见光、紫外线和X射线的宽频谱，正是高能电子在星云磁场作用下产生的同步辐射。
1963年法国Orsay 建成世界上第一台电子储存环，高能物理学家在储存环上进行正负电子对撞实验的同时发现所产生的同步辐射是一种性能优良的光源，于是，开始了人类历史上第一次利用同步加速器上产生的同步辐射来做非高能物理的研究工作。
这种在做高能物理研究的加速器上，利用同步辐射作为光源的工作模式为寄生模式或兼用模式。
同步辐射光源及其应用_沈元华
同步辐射光源及其应用沈元华(复旦大学物理教学实验中心上海200433) 摘 要:介绍了同步辐射光源的产生、特点及其应用.关键词:同步辐射;光源;加速器Synchrotron radiation source and its applicationsSHEN Yuan-hua(Central Labo rato ry fo r Phy sics Educatio n,Fudan University,Shang hai,200433) Abstract:The forma tio n,characteristics and applicatio ns of synchro tro n radiatio n so urce are introduced.Key words:synchrotron radiatio n;ligh t source;accelerato r 在著名科学家谢希德、杨福家等院士的倡议下,一座投资十亿的宏伟建筑即将耸立在上海浦东高科技园区,它就是世界瞩目的第三代同步辐射光源——上海光源.什么是同步辐射光源?它与普通光源有什么区别?它有什么重大的科学意义和应用价值?本文将做一简要介绍.1 同步辐射光源的产生同步辐射光源是由同步加速器的发展而产生的.著名原子物理学家尼·玻尔说过,高速粒子与物质相互作用时发生的各种效应,是获取原子结构信息最主要的来源之一.事实上,科学家们往往要用高速运动的粒子去轰击原子核,观察撞击时发生的种种变化,才能了解原子的结构和原子内部的各种秘密.各种加速器正是为获得这种高速运动的粒子而建造的.早期的加速器是直线型的,要获得的粒子速度越快,其长度也要越长.为了缩短加速器的长度,可用磁场使带电粒子发生偏转而作回旋运动,这就是回旋加速器.这种加速器利用强大的磁场,使带电粒子作回旋运动而不断加速.由于在一定的磁场作用下,粒子的回旋轨道半径随其速度的增加而增加,故磁场空间必须很大.因此,这种高能回旋加速器的磁铁是极其笨重的.为了减轻磁铁的重力,并进一步提高粒子的速度,人们设计出采用环形电磁铁并不断改变磁场强度,使粒子的轨道半径保持恒定的加速器.这种固定轨道、用调变磁场的方法实现电场对粒子的同步加速的加速器,就称为同步加速器.带电粒子在同步加速器中按同一轨道作圆周运动,可以大大提高粒子的能量和速度.然而,当粒子的能量越来越大时,人们发现要进一步加速却越来越困难了.其根本原因之一就是带电粒子改变运动方向(转弯)时,必然伴随着电磁波的辐射,即光波的发射;粒子的能量越大,辐射就越强.虽然早在1898年理论物理学家Lienard就预言带电粒子作圆周运动时会产生辐射而发光,但是直到本世纪四十年代末,才由Pollack等人在美国通用电气公司的一台同步加速器上观测到这种辐射,被命名为“同步辐射”,而专门用来产生同步辐射的加速器就称为“同步辐射光源”.2 同步辐射光源的特点同步辐射光源是有史以来人类制造的最优秀的光源.由同步加速器中发出的同步辐射光有以下特点:1)亮度极高,可与激光相媲美.2)波长范围极宽,包含从红外光、可见光直到X 光等各种波长的光,并且可以根据需要来选择波长.这种极宽的波长范围,是任何其它光源所没有的,更是它比激光更优越的主要特点.3)强度和各种性能参量都能保持高度的稳定,并且可以人为控制和精确计算出来,这是普通光源和激光都难以具备的.4)它是一种在超高真空环境里纯粹由电子改变运动方向而产生的超纯光,而不像其他任何光源是由物质的原子所发的光,因而用它作任何高纯度的实验都不必担心由光源带来的污染.此外,同步辐射光在光脉冲的持续时间、偏振态等方面还有许多独特的优点.自六十年代以来,同步辐射作为一种光源经历了三代的发展.第一代主要在七十年代,人们利用已建成的能量较低的同步加速器,在进行高能物理研究的同时,进行同步辐射光性能的研究与初步应用.如北京的正负电子对撞机就属于第一代的同步辐射光源.在八十年代,人们开始建立专门用于同步辐射光源的装置,称为第二代同步辐射光源,其特点是在电子加速的路径上再设置一些插入件,如扭摆器、波荡器等,用适当的磁场使电子在运动过程中发生扭摆和波荡,从而发出更多的同步辐射,并使这些辐射因相互叠加而进一步加强,它的亮度比第一代同步辐射光源提高了几百至几千倍.中国科技大学的国家同步辐射实验室用的就是属于第二代的同步辐射光源.到了九十年代,人们继续努力提高同步辐射光源的性能,优化设计,增加更多的插入件,使同步辐射光的亮度比第二代又提高了几百至几千倍,这就是第三代同步辐射光源.即将建造的上海光源就是最新图1 上海光源初步设计方案示意图一代的光源,其结构的初步设计方案如图1所示.主要由三部分组成:直线加速器A 把电子初步加速到约20MeV 后,注入到同步加速器(也叫“增能器”)B 中,电子在其中被加速到约2GeV 而进入电子储存环C 内.在电子储存环中,有多种弯转磁铁和波荡器、扭摆器等,电子束在其中发出的各种同步辐射被各条光束线引出而供应用.目前世界上已有5台第三代同步辐射光源在运行,正在建造的还不少.上海光源的建成,将使我国在同步辐射领域的研究工作跨入世界先进行列.3 同步辐射光源的应用光历来被人们用作认识世界和改造世界的强大武器,而有了这么好的光源当然会有许多重大应用.下面举几个例子来说明同步辐射的神奇应用.3.1 直接观察细胞内部活动的X 光显微术由于分辨本领的限制,普通光学显微镜不能看清大小只有几十纳米甚至更小的病毒的形貌或细胞的内部结构;电子显微镜虽然可以看清一切细胞或病毒的结构,但由于电子必须在真空中运行,而且电子对于水和蛋白质、碳水化合物等的穿透能力几乎相同,所以生物样品必须进行切片、染色、脱水、干燥才能进入真空室中观察.这样,生物都成了“死物”,看到的形象与真实的情况大不相同.X 光的波长比可见光的波长短几百倍,因而其分辨本领也比可见光大几百倍.特别是称为“水窗”的波段(波长大约为2～4nm 的X 光),X 光对于水是透明的而对于蛋白质、碳水化合物等都不透明.利用这个天然的“水窗”,可以不必染色、不必脱水、不必抽真空而直接观察活生生的细胞或细胞器的超微结构以及内部的活动情况.实际上,在一些先进国家的同步辐射装置中,已经安装了专门的光束线来作X 光显微工作.图2是柏林BESSY 同步辐射装置上的哥廷根X 光显微镜拍摄的一幅疟疾病人红血球显微照片,右上方的是正常红血球,左下方的是有疟原虫寄生的红血球.图2 哥廷根X 光显微镜拍摄的红血球照片3.2 超微加工技术强大的X 光光束不仅可以用来进行显微观察,而且可以用来进行超微加工.实际上,微机械加工技术由于同步辐射光的应用而有了飞速的发展.人们曾经用微电子学的方法制成了一些用于人造卫星、计算机通讯、医药及生命科学等方面的微电子机械,如微齿轮、微马达、微型泵等,但造价昂贵,结构太薄(1～3μm ),极易破碎.采用同步辐射中的X 光进行深度光刻,这种微机械的厚度达到几百微米而极其牢固,并且可以做得更复杂精巧、功能更丰富优越,还可用复制的方法大批生产而降低成本.例如,目前已制成只有砂子那么大(直径5mm ,厚度0.5mm )的“硅片化工厂”,它由超声泵、混合器、加热器等部分组成,在这么小的“工厂”里,已经成功地实现了DN A 的复制,比常规工厂的反应速率更快、功耗更低.把特种微机械注入血管去清除血管内壁的赘生物,从而医治血管堵塞的研究工作也已经在进行了.3.3 X 光吸收光谱精细结构的研究物质对光的吸收谱线的位置代表着物质微观状态的能量结构:光谱线的强度反映出物质内部电子电荷的空间分布;光谱线的宽度则对应于激发态的寿命.因此,研究物质的吸收光谱是研究材料物性的重要手段.可见光和红外光的吸收光谱主要反映物质原子外层电子的状态,紫外光直至X 光的吸收光谱则主要反映物质原子内层电子的状态.由于同步辐射中的X 光非常强而且波长可调,因而可以研究X 光吸收谱线的精细结构,这就为材料物性的研究提供了强有力的手段.3.4 速度更快、体积更小、容量更大的计算机微电子技术的核心是制备集成电路,目前制备集成电路芯片的主要工艺是采用可见光或紫外光的光刻技术.光刻的条纹越细、越密,则图形就可做得越小,同样大小器件的功能就越强,速度就越快.所以,为了使芯片上的线路更密集,必须采用波长合适的光来刻蚀,太长太短都会使图形变模糊;此外,光束的方向还必须是高度集中的,否则也会导致图形的弥散.由此可知,同步辐射光的波长可选择性以及方向的高度集中在这里是英雄大有用武之地了.图3是分别用汞灯紫外线、准分子激光和同步辐射X 光进行光刻所得图形的比较.由图3可见,同步辐射光所得图形最为清晰;特别在转角处,最为明朗和尖锐.图3 不同光束光刻结果的比较除了制造体积更小、速度更快的芯片以外,同步辐射还能用于增加磁盘的信息容量.这是因为同步辐射中可以产生极强的左旋或右旋的偏振光束.这些光束的偏振态可以很方便地人为控制,特别适宜于研究材料的磁性.例如,目前美国海军实验室N RL的科学家正在用同步辐射光研究非对称的TbFe薄膜的结构、磁化特性及其用于计算机中磁光储存器件的前景.一旦成功,将出现新一代更高密度的储存装置,从而使计算机的容量更大.3.5 医学诊断与治疗同步辐射在医学上的应用前景十分广阔,攻克冠心病是它的首要目标之一.冠心病是目前威胁人类生命最可怕的疾病之一,死亡率非常高,其重要原因是缺乏灵敏的诊断手段.只有当冠状动脉堵塞达80%时,才表现出明显的症状(如心绞痛等),这时去看医生为时已晚.X光心血管造影是一种早期诊断的有效手段,但目前的心血管造影术要用高浓度的碘剂通过导管插入心脏才能进行,这是一个危险的手术.据统计,进行这种插管手术引起中风、心搏猝停、心肌梗死等并发症的人数占1%～4%,引起死亡的则占0.1%～0.3%.尚未有明显症状的人,谁愿意去冒险作这种检查呢?利用同步辐射作冠状动脉心血管造影,情况就大不相同了.首先,它可以选择灵敏度最高的波长范围;其次,它可以用两个波长同时检测,因而灵敏度大大提高.这样,不仅患者所受的X光剂量更小,而且因为曝光时间远小于心血管搏动的时间,使照片更加清晰.更重要的是用同步辐射后,免除了插管手术的危险,因为只要很低浓度的碘剂即可进行这样的检查,这种低浓度的碘剂不必开刀从心脏插入导管,而只要像通常打针那样从静脉注入就可以了.这种心血管造影的装置如图4所示.图4 同步辐射X光心血管造影装置示意图当然,除了冠心病以外,同步辐射在医学上的应用还很多.例如,用于微束CT诊断和治疗脑瘤;观测细胞中DN A的结构,找到控制癌细胞生长分裂的“开关”,从而有效地制止其无限生长;用于分析艾滋病病毒HIV粒子是如何通过蛋白酶的作用来传播的,从而有助于药物设计师设计出阻止这种蛋白酶生长的药物,达到控制艾滋病的目的……等等.这些研究目前都正在进行,有些已取得了初步的成果.一旦研究成功,同步辐射就将成为严重危害人类健康疾病的克星!总之,同步辐射光源有极其重要的科学意义和十分广泛的应用前景.我们期望上海光源的早日诞生!4 参考文献1 杨福家等.原子核物理.上海:复旦大学出版社, 19932 倪光炯等.改变世界的物理学.上海:复旦大学出版社,19993 章志鸣等.光学.北京:高等教育出版社,2000(2000-11-20收稿)。
同步辐射光源的真空系统-SSRF系列技术讲座之一
• 极限真空度（泵本身达到最低压强） • 抽速曲线（压强～抽速） • 抽气选择性（对各种气体抽除能力不同） • 对混合气体的抽气行为（一种气体影响泵
对另一种气体的抽除） • 抽气容量抽速曲线（容量～抽速） • 标称/有效抽速（有效抽速和泵及流导有关） • 泵的返油（是否获得无油真空） • 泵的震动（影响主体设备工作）
真空获得的关键（1）
1. 真空获得第一关键：不漏气（漏气往往是 真空搞不上去的主因）
• 漏气种类：焊缝和法兰密封漏气
• 焊接技术和工艺：材料可焊性、密封性、贯 穿深度、焊接变形、焊缝导磁率、杂质混入。
• 法兰密封：密封种类（CF刀口、平面金属丝、 快卸、方刀口）、密封面粗糙度/硬度/粉尘、 刀口和密封圈变形、配对法兰刀口一致性、 密封操作。
• 真空设备位置受磁铁/光束线限制（真空设备 结构和真空调试）→antichamber、真空室结 构、泵非标结构、不能现场烘烤的抽气工艺
• 人不准进入隧道（泵/电源和规管/真空计远离） →TSP/NEG特制电源短距离输送大电流、特制 规管电缆避免离子流信号衰减
• 真空室外侧SR泄漏（有机材料辐射损伤）→外 侧壁材料和结构、水/电/气管道不准穿越外侧
6. NEG膜的物理化学分析：膜厚均匀性？ Zr/V/Ti成份、微结构、形态分析 （RBS/EDX/XPS/ XRD/ TEM）
光源真空研究工作的宽度和深度
——插入件真空室NEG镀膜为例（3）
7. NEG抽气/激活过程中表面的物理化学过程检 测和分析：气体吸附能？体内气体输运过程？
8. 使用NEG 膜的其它问题：镀膜管的切割和 焊接？NEG膜弄脏后的清洗？NEG颗粒脱落 对束流（寿命和束斑）的影响？Xe的发现及 原因和对束流的影响？
同步辐射的原理
同步辐射的原理同步辐射是一种高亮度、高亮度的电子储存环，能够产生高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射。
同步辐射原理的理解可以从以下几个方面进行描述：1. 加速器系统：同步辐射装置最核心的部分是加速器系统，其可以加速高能量和高速度的电子或正电子。
加速器系统通常由线性加速器和储存环组成。
线性加速器能够将电子加速到一定的能量，然后将其注入到储存环中。
储存环则能够保持电子在一个封闭轨道上运动，使其得以在一个封闭轨道上循环运动。
电子在储存环中运动时，会不断向外辐射能量。
2. 物理现象：当电子通过磁铁时，其速度和径向位置的变化会产生一个横向的加速度，使电子偏离原来的轨道，形成一个摆动的运动轨迹。
这个摆动的频率正好是电子的动能与磁场强度之比的倍数（基频倍数）。
摆动减小后，电子返回到初始轨道，但因为定律不变性的原因，电子会在轨道的垂直方向上失去能量，同时施加在电子上的加速度会向外辐射能量。
3. 辐射源：同步辐射器中的辐射源为电子束，其在储存环内的运动造成辐射。
加速器系统中的电子束具有极高的亮度，即电子束的强度和横向尺寸都非常小。
这使得同步辐射器所产生的辐射具有高亮度和相干性。
辐射的能量范围取决于加速器系统中的电子能量。
4. 产生辐射：同步辐射是由电子束中的加速电子发射的。
当电子通过磁场时，其速度会发生变化，产生一个横向加速度。
这个加速度使电子发射出能量，形成一个辐射波束。
辐射的频率和能量与电子的能量和磁场强度有关。
同步辐射波束辐射出的光经过系统的光学装置后，变成高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射，如X射线或紫外线等。
总结来说，同步辐射的原理是通过加速器系统将高能量和高速度的电子，经过同步辐射器的辐射源发射出能量，形成高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射。
这种辐射广泛应用于材料研究、生物科学、化学、物理学等众多领域，成为研究微观结构和精细材料特性的重要工具。
同步辐射光源原理
同步辐射光源原理
一、同步辐射光源的概念
同步辐射光源（synchrotron radiation sources）是一种由加速带
和放大器构成的超高速电子束在特定路径被激发出的强大的射线，它具有
非常高的能量，频谱非常宽，空间分布密度很高，多模态衍射和偏振特别
强等特点，可以提供研究物理、材料科学、生物科学以及多种前沿应用
领域的超强同步辐射。
二、同步辐射光源的工作原理
同步辐射光源通常由加速带、放大器和激发器等组成。
当高能电子束
以足够大的能量流过加速带时，会产生强大的电磁辐射。
这种电磁辐射可
以被激发器控制，可以被放大器产生更高能量水平。
随着加速带中电子束
能量的变化，辐射的波长和频谱也会发生变化，从而形成各种轻度至非常
强的同步辐射光源。
三、同步辐射光源的应用
同步辐射光源可以用于各种研究领域，其中最重要的应用之一是研究
电磁场特性。
它可以用于图像分析，可以帮助研究者理解和检测电磁场的
模式、随机性以及微观和宏观结构变化。
同时，同步辐射光源还可以用于
材料特性的评估，可以帮助研究者解决结构、物性等方面的问题。
同步辐
射光源还可以用于化学物性研究，可以帮助研究者实现高精度的物性测量，这对于了解分子结构和活性有着重要意义。
同步辐射科普
同步辐射及其应用一、同步辐射世间万物都是由原子组成的，而原子是由原子核和核外电子构成的。
原子核带正电荷，核外电子带负电荷，并且正电荷和负电荷的数值相等，因此原子是呈中性的。
原子中的电子以很快的速度绕原子核旋转，如同行星绕太阳运动一样。
原子的尺寸是很小的，只有一亿分之一厘米；原子核的尺寸更小，只有十万亿分之一厘米，但原子的绝大部分质量都集中在原子核中。
原子的激发会产生光。
红外光、可见光、紫外光，是原子的外层电子受到激发后产生的；X 光是原子的内层电子受到激发后产生的；伽傌光是原子核受到激发后产生的。
由于每一种元素的原子发出的光都有它自己的特征光谱，因此可以根据物体发射的光谱来分析它的化学组分。
运动着的电子具有加速度时，它会放出电磁辐射，或者说它会发光。
因为光也是一种电磁辐射。
当电子在磁场中作圆周运动时，因为有向心加速度，所以也会发光。
电子在同步加速器中绕着磁场作圆周运动时发出的电磁辐射叫同步加速器辐射，简称同步辐射，或叫同步光。
其实电子在电子感应加速器，或电子回旋加速器中作圆周运动时也会发出这种电磁辐射。
但是因为这种辐射是1947年在美国通用电器公司的一台70MeV的电子同步加速器上首先发现的，所以大家都叫它同步辐射，而不叫它感应辐射，或回旋辐射。
现代的同步辐射光源是一台电子储存环。
电子储存环也是一种同步加速器，因此它也能发出同步辐射，而且是一种更稳定、性能更好的同步辐射。
接近光速的电子在储存环中作回旋运动，同时不断的发出同步光。
电子储存环并不能直接把电子从很低的速度加速到接近光速，而需要一台、有时需要两台较低能量的加速器把电子的速度提高到接近光速，然后注入到储存环中。
譬如我们合肥光源（HLS）就有一台200MeV的电子直线加速器作为注入器，把电子从80keV（速度为0.5倍的光速，光速为每秒30万公里）加速到200MeV（速度达到0.999997倍的光速），再注入到储存环中，然后电子再在储存环中从200MeV加速到800MeV（速度达到0.9999998倍的光速）。
同步辐射真空紫外和红外光谱基础-PPT文档资料
吸收功率
对于极化电流，在一个周期中平均的结果，电场做 功为零，因而不消耗电磁场的能量。而对于传导电 流，存在欧姆定律 j=E，会消耗电磁场的能量 其中，为电导率，且 =i0
单位时间吸收的平均功率为
W 吸收 E 2 i0 E 2
复介电常数与光吸收
考虑电场随时间的变化
我们既可以用（n，）这对光学常数来表征固体的 光学性质，又可以用(εr,εi) 这对光学常数来描述固 体的光学性质，二者是等价的
电流密度
现在讨论介质中由电磁场感应的电流密度
电场可以表示为
Ey=E0exp[i(kx-t)]
在介质中 D = 0E + P
由于
D = 0E
所以
P = 0 (-1) E = 0 E
量子力学建立以后，随着固体能带论和格波理 论的发展，人们对固体的认识，特别是微观结 构的认识又进入了一个新的阶段
对固体的光学性质和固体光跃迁过程的各种量 子理论，进行了充分的研究
光谱学
光谱学是揭示物质结构的有力手段 原子和分子的光谱技术揭示了原子和分子的结
构 固体光谱技术，得到了大量丰富的固体结构的
麦克斯韦方程
一般情况下的麦克斯韦方程组为：
D 0 E B0 H 0
EB t 0H t
H D t J0 E t J
在无外加电流和电荷、有介电损耗的介质中，
描述简谐电磁波 EE 0exp(ikrit) 的麦克斯
c2k2 2
其中光速
c 1 0 0
折射率与介电常数实数关系式
光在介质中传播时如振幅无衰减，这时波矢k
和介电常数都为实数
波矢k的表达式 波矢和频率的关系
k
同步辐射光源及其应用
同步辐射光源 及其应用 简介高 琛2008.12.20什么是同步辐射光束线磁场 电子轨道 电子束团HLS实验站相对论电子在磁场 中转向时，沿切线 方向辐射的电磁波v aPe =e 2 c (β γ ) 4 6π ε oρ2超新星爆发及其残骸，如金牛座蟹状星云。
《宋会要》记载： (公元1054年7月，) 客星 “昼见如太白，芒角四出，色赤白，凡见二十 三日。
”22个月后，“客星没，客去之兆也。
” 黑洞吸附带电粒子经典(等时)回旋加速器注入束流高频腔经典(等时)回旋加速器弱聚焦同步加速器注入束流高频腔经典(等时)回旋加速器注入弱聚焦同步加速器弯转磁铁 四极磁铁高频腔束流轨道强聚焦电子同步加速器插入元件：产生特征 不同的同步辐射弯转磁铁：使束流轨道 弯转，产生同步辐射高频腔：补充同步 辐射损失的能量， 或者加速电子四极磁铁：类似于透镜， 约束粒子轨迹横向尺寸真空室：保持10-9torr水平 的真空度，维持束流寿命注入束流高频腔经典(等时)回旋加速器注入弱聚焦同步加速器弯转磁铁 四极磁铁高频腔束流轨道1947年，Pollack领导的科研组 在美国通用电气公司70 MeV电 子同步加速器中首次观察到“人 造”的这种辐射。
强聚焦电子同步加速器N S同步辐射电子电子轨道弯转磁铁1/γS N S S SN N S S N N S S N N N 电子轨道中轴线Undulator(波荡器)：多极干涉，频率趋同。
高亮度，准单色光。
弯铁插入件HLSN S同步辐射电子电子轨道弯转磁铁1/γS N S S SN N S S N N S S N N N 电子轨道中轴线Undulator(波荡器)：多极干涉，频率趋同。
高亮度，准单色光。
弯铁插入件Wiggler(扭摆磁铁)：强度叠加。
高功率，(一般)短波长。
HLSBEPC：第一代HLS：第二代SSRF：第三代Swiss Light Source (SLS)DIAMONDSSRCAPSESRF同步辐射光源的分代第一代：高能加速器寄生 亮度：～1012ph/s⋅mm2⋅mrad2⋅0.1%BW 第二代：专用 亮度：～1015ph/s⋅mm2⋅mrad2⋅0.1%BW 第三代：大量使用插入件 亮度：～1018ph/s⋅mm2⋅mrad2⋅0.1%BW 第四代：FEL、衍射极限环、ERL、…… 亮度：～1021ph/s⋅mm2⋅mrad2⋅0.1%BW自由电子激光原理色散段 调制段种子激光辐射段自由电子 激光输出λ电子束团密度调制(群居) 相干辐射能量调制衍射极限储存环b∆θ∆θb⋅∆θ>>λ：非相干迭加，I∝N b⋅∆θ~λ：相干迭加，I∝N2HALSERL单色亮度的重要性y u yu=y’u’=······ u’ y’I B= s·Ω·0.1%BW单色亮度的重要性y u yu=y’u’=······ u’ y’I B= s·Ω·0.1%BW表面吸附 分子内 氢转移 磁记录时间 （磁畴翻转） 电荷转移化学键的 断裂和重组1015101810211024光源亮度（ph/s·mm2·mrad2·0.1%BW）同步辐射的优点★单色亮度高 ★光谱连续、宽 ★准直性好 ★偏振 ★脉冲时间结构 ★稳定，可精确计算偏振和时间结构椭圆偏振光 线偏振光实验室发展史一期：1984~1991(计委1983.4立项) 总投资6,240万：机器建设，5条光束 线和实验站。
同步辐射光源
/wiki/%E5%90%8C%E6 %AD%A5%E8%BE%90%E5%B0%84%E5%85%89%E6%BA %90同步辐射光源目录∙•名称∙•简介∙•特点∙•发展同步辐射光源-名称同步辐射光源——神奇的光同步辐射光源-简介人类文明史是利用和开发光资源的历史人类生存和发展从来就离不开对“光”的利用和开发，人类的文明史是一部利用和开发“光资源”的历史。
“光”是一个很大的家族，其中“可见光”只是“光家族”中的一员。
光可依其波长不同，分为无线电波、微波、红外、可见光、紫外、真空紫外、软 X射线、硬 X射线和伽马(γ)射线等。
光的波长或能量决定了它与物质的相互作用类型，如“可见光”照射人体时，会被反射到我们的眼睛，并被视网膜/视神经所感觉而“看到”人体；而当 X射线光照射人体时，则会穿透过人体，并在 X光底片上留下透过程度的影像纪录，医院里给病人做 X光透视就是这样。
光波具有衍射现象，用光探测物体或分辨两物体时，光的波长应当与物体的大小或两物体的间距相近或更短。
因此，天文学家要探测宇宙星球，可以选用无线电波；航空管理者要跟踪飞机，可以选用微波(雷达)。
而科学家要研究比“可见光”波长更短的物体，要“看清”病毒、蛋白质分子甚至金属原子等微观物体，必须选用与这些微观物体大小相近或更短的波长的光束，来照射微观物体，利用光束在物质中的衍射、折射、散射等能够检测到的特性，或者利用光束与物体相互作用产生的光激发、光吸收、荧光、光电子发射等特性，来探究未知的微观世界。
新人工光源带来人类文明的新进步光是由光源产生的，如太阳、蜡烛和电灯。
其中太阳是天然光源，蜡烛和电灯是人工光源。
由于可利用的天然光源所产生的光仅占整个光家族的很小部分，所以人类一直在努力开发和利用各种各样的人工光源。
任何一种新人工光源的发明和利用，都标志着人类文明新的进步，如伦琴发明?X射线、爱迪生发明的电灯、二次大战中发明的微波、20世纪60年代发明的激光等，都是人工光源发展史上的重大里程碑，它们都极大地促进了人类文明的进步。
同步辐射光源介绍
~10-7 ~1keV ~10-8 ~ 10keV ~10-12 >100MeV ~10-13 >1 GeV
<10-16 >1000 GeV
电子显微镜 同步辐射 低能加速器 高能加速器
高能对撞机
……
…… ……
……
加速器发展与简介
研究背景
早期（20世纪20 ~40年代）
1926年，美国古里奇（Coolidge）用三个X光管串联获得9×105eV的电子束
最早的对撞机是意大利于1969年建成的，它是一台名为ADONE的直线加 速器型电子对撞机，电子能量为1.5×109eV。
美法等国随后建成同类对撞机。
70年代初，苏联、西德等率先相继建成能量更高的电子同步加速器型对撞 机。
加速器发展与简介
至今，世界上最高能量的直线型电 子对撞机是美国的电子对撞机 SLAC，能量为2×50×109eV，它是 在原有22×109eV直线加速器基础上， 增设能量倍加系统改建而成的。
加速器发展与简介
2）电子感应加速器 ● 1957—1958年，清华、北大分别从前苏联引进25MeV电子感应加速器。并
开始自力更生研制感应加速器。 ● 60年代初，一机部自动化所（即现北京机械工业自动化研究所），
25MeV电子感应加速器研制获得成功。 3）回旋加速器 ● 1958年—1959年，清华大学2.5MeV电子回旋加速器出束。 ● 1958年：原子能研究所自苏联引进了磁极直径1.2m回旋加速器。60年代初，
1931年，美国范德格拉夫(Van De Graff)建成1.5×106eV(1.5MeV）静电高压 加速器。目前为止，该类加速器能量已提高一个量级
1932年，英国科克劳夫特(Cockcroft)和沃尔顿(Walton)建成7×105eV高压倍 压加速器。目前为止，该类加速器能量已达4×106eV
同步辐射光源的原理构造和特征
同步辐射光源的原理构造和特征同步辐射光源是一种高亮度、高能量、短脉冲的光源，其原理主要基于电子加速器产生的高速电子束与磁场相互作用产生的辐射。
其构造包括加速器、储存环、光束线和探测设备等组成。
其特征包括高度同步、高信号与低噪声等。
同步辐射光源原理的核心是通过高能量的电子束与磁场相互作用，产生高能量的辐射光。
具体来说，加速器将电子加速到高速，并将其注入到一个磁场中的环形储存器中。
在储存器中，电子束沿着环形路径运动，并不断通过磁场区域。
当电子束通过磁场时，其运动路径会受到磁场的影响，从而产生加速度。
加速的电子通过向心力在轨道上运动，放出辐射。
同步辐射辐射出的光具有高亮度、高能量和短脉冲的特点。
高亮度是指辐射的光具有很高的光通量，可以提供高分辨率和高信噪比的实验条件。
高能量是指辐射的光具有很高的能量范围，可以用于研究物质的内部结构和电子结构。
短脉冲是指辐射的光具有很短的发射时间，可以用于研究快速动态过程。
同步辐射光源主要由加速器、储存环、光束线和探测设备等组成。
加速器是产生高速电子束的设备，常用的加速器有线性加速器和环形加速器等。
储存环是将电子束储存并形成环形的设备，一般采用超导磁体来产生磁场。
光束线是将辐射光从储存环中引出的系统，包括准直、减弱、聚焦和单色等元件，以及研究站等实验装置。
探测设备用于检测并记录辐射光的特性，常见的探测设备有光电倍增管、CCD相机和光谱仪等。
同步辐射光源还具有高度同步、高信号与低噪声的特征。
高度同步是指辐射的光与电子注射脉冲完全同步，可以实现高时间分辨率的研究。
高信号是指辐射的光信号强度高，可以提供高信噪比的实验条件。
低噪声是指辐射的光噪声较低，可以实现高精度的测量。
这些特征使得同步辐射光源在材料科学、生命科学、物理学和化学等领域都有广泛的应用。
总之，同步辐射光源通过电子加速器产生高速电子束，并通过磁场与电子相互作用，从而产生高能量的辐射光。
其构造包括加速器、储存环、光束线和探测设备等组成。
同步辐射操作说明
Fig.5 光学棚屋的控制面板
v) 开光闸通光（请按以下次序操作）： z 检查光学棚屋控制面板上的“光闸控制”钥匙，是否处于“允许”位置，若
z Segment 02： 曝光和数据采集 5 次，每次曝光时间 2 秒。
z Segment 01： 曝光和数据采集 5 次，每次曝光时间 1 秒。
z Segment 02： 曝光和数据采集 5 次，每次曝光时间 2 秒。
z Segment 01： 曝光和数据采集 5 次，每次曝光时间 1 秒。
z Segment 02： 曝光和数据采集 5 次，每次曝光时间 2 秒。
上海光源 BL16B1 “小角 X 射线散射光束线站”
用户手册
2010. 5
1
注意事项
1. 请您按预先通知的时间准时来做实验，并认真填写《用 户登记表》、《实验记录》。 2. 请严格按照规定进出棚屋和操作设备，用户只能操作 手册中规定可以操作的设备，未经允许严禁操作其他 设备，否则后果自负。如果确实需要，请联系实验站 工作人员。
曝光数据采集次数，结束后即转入下一组的曝光和数据采集（表中第 8 列第 2
行中设置为 5，表示 01 组每次连续曝光 5 次，每次曝光时间 1 秒，曝光结束后
转入第 2 组。02 组由于与 01 组捆绑成“块”，因而也是每此连续曝光 5 次，每
次曝光时间则为 2 秒，此时第 8 列第 3 行设置 1 已无效。如此循环，直至完成
ii) 用“open door” 按钮打开棚屋门。当实验棚屋的门开了以后，实验棚屋的光闸 是无法打开的，用户可在棚屋中安全地操作。 注：只有当实验棚屋完成搜索程序，并将实验棚屋的门关上以后，实验棚屋的光 闸才会打开进行通光。
同步辐射光源的原理、构造和特征.
1 同步辐射光源的原理和发展历史同步辐射是电子在作高速曲线运动时沿轨道切线方向产生的电磁波，因是在电子同步加速器上首次观察到，人们称这种由接近光速的带电粒子在磁场中运动时产生的电磁辐射为同步辐射，由于电子在图形轨道上运行时能量损失，故发出能量是连续分布的同步辐射光。
关于由带电粒子在圆周运动时发出同步辐射的理论考虑可追溯到1889年Lienard的工作，进一步的理论工作由Schott， Jassinsky， Kerst及Ivanenko， Arzimovitch和Pomeranchuk等直至1946年才完成，Blewett的研究工作首次涉及同步辐射对电子加速器操作的影响，并观察到辐射对电子轨道的影响，Lee和Blewett较详细地给出了发展史的评论。
至今，同步辐射光源的建造经历了三代，并向第四代发展。
（1）第一代同步辐射光源是在为高能物理研究建造与电子加速器和储存环上的副产品。
（2）第二代同步辐射光源是专门为同步辐射的应用而设计建造的，美国的Brokhaven国家实验室（BNL）两位加速器物理学家Chasman和Green[1]把加速器上使电子弯转、散热等作用的磁铁按特殊的序列组装成 Chasman2Green 阵列(Lattice，这种阵列在电子储存环中采用标志着第二代同步辐射的建造成功。
（3）第三代同步辐射光源的特征是大量使用插入件（Inserction Devices），即扭摆磁体（Wiggler）和波荡磁体（Undulator）而设计的低发散度的电子储存环。
表1为三代同步辐射光源的重要参数比较，其中表征性能的指标是同步辐射亮度，发散度以及相干性。
表1 三代同步辐射光源主要性能指标的比较Tab.1 Comparison of main properties of the three generationsynchrotron radiation sources目前，世界上已使用的第一代光源19台，第二代24台，第三代11台。
同步辐射光源的真空系统
本次讲座内容
1. 真空基础知识 2. 部分真空设备的原理 3. 真空室 4. 真空获得 5. 光源真空系统 6. 其它
一． 真空基础知识
1. 什么叫真空？ • 一定范围空间内的气体压强低于大气 压的状态 • 真空区域划分：低、高、超高、极高 • 划分的原因：
①根据气流特点（低、高、超高真空→湍流、 粘稠流、分子 流）； ②不同区域功能不同，所用真空设备不同。
2 3
1 4 . 9+ 0 1 +
C ，CH
+ +
+
C，CH4，C2H4
N ，CH2 ，CO
NH ，CH3
+ + +
N2，NH3，CH4，C2H4，CO
NH3，CH4
O ，CH4 ，NH2 OH ，NH3 H2O F
+ + ++ ++ + +
+
H2O，CO，CO2，O2，CH4，NH3 H2O，NH3 H2O F2
20 22
Ne ，Ar
2. 真空测量
• 低真空规（热传导规） 将规管中的一根张紧的金属丝通以电流加热，在热平衡时， 输入的能量为辐射传热量、引线传热量和气体传热量之和。 前两项为定值，最后一项与与气体压力成正比（低气压 下）。通过电阻的变化得到相应的真空度。常用的有热偶 规与电阻规（皮拉尼规）。测量范围105Pa～10-1Pa。
1. 真空室： • 材料：铝、铜、不锈钢 • 结构：磁铁孔径、抽气通道、高频阻抗 在保证真空室强度同时考虑安装、支撑的情况 下，尽可能减小磁铁孔径，真空室通道分为两 部分—束流通道和抽气通道。 束流截面要保持一致性且在真空室连接处不能 有台阶。 抽气通道上可开抽气口及吸收器安装口。 真空室内有冷却水管道。
同步辐射真空紫外和红外光谱基础共270页
k2 200
▪ 对于非铁磁性介质，1,可得
c2k2 2
其中光速
1 c
0 0
折射率与介电常数实数关系式
▪ 光在介质中传播时如振幅无衰减，这时波矢k
和介电常数都为实数
波矢k的表达式 ▪ 波矢和频率的关系
k
c
k22vf
n
vc
▪ 折射率和介电常数的关系式，即麦克斯韦关系
n
波矢与介电常数复数关系式
▪ 根据消光系数与复波矢的关系，可得 I=E02exp(-2x/c)
电流密度
▪ 现在讨论介质中由电磁场感应的电流密度
电场可以表示为
Ey=E0exp[i(kx-t)]
在介质中 D = 0E + P
由于
D = 0E
所以
P = 0 (-1) E = 0 E
其中，=-1 又称为电极化率。
▪ 极化强度P随时间的变化反映了电荷位移随时间的 变化，也就反映了电流密度。因此电流密度j 表示 为
从指数衰减规律，即当光在物质中传播d距离后， 光强的变化可以简单地表示为
II0expd()
其中称为吸收系数，量纲为cm-1，表示光在固体 中传播d=1/时，光强衰减到原来的1/e
吸收系数与光学常数
▪ 光在固体介质中传播时，如果需要考虑吸收的 影响，振幅以波矢虚部ki为指数的形式衰减 I=E02exp(-2kix)
kkr iki
r ii
▪ 单色电磁波可以表示为
E E 0 eix • r k ip t ) E 0 ( e i x t ) e p ir x • k r ) ( e p k x i• ( r )p
麦克斯韦方程
▪ 一般情况下的麦克斯韦方程组为：
同步辐射真空紫外(VUV)区中的团簇物理
同步辐射真空紫外(VUV)区中的团簇物理
巨新;施朝淑;唐孝威
【期刊名称】《物理学进展》
【年(卷),期】1992(12)2
【摘要】本文概述了同步辐射在团簇物理研究中的应用,讨论主要集中在真空紫外(VUV)区。
重点说明其实验方法、研究进展状况和实验设计的一般考虑;并选择介绍德国DESY的团簇物理实验站CLULU;最后,对未来的发展方向提出作者的一些观点。
【总页数】23页(P226-248)
【关键词】同步辐射;远紫外辐射;团簇;VUV
【作者】巨新;施朝淑;唐孝威
【作者单位】中国科技大学近代物理系;中国科技大学物理系;中国科学院高能物理所
【正文语种】中文
【中图分类】O572
【相关文献】
1.光谱连续的脉冲真空紫外(VUV)辐射源研究 [J], 周小勇;朱绍龙
2.同步辐射真空紫外圆二色谱技术在DNA 结构研究中的应用 [J], 周培培;王丽华;柳华杰;樊春海
3.HCO 3 - 对真空紫外 / 紫外 / 氯(VUV/UV/Cl)降解水中抗生素磺胺二甲基嘧啶
的影响研究 [J], 邵青
4.同步辐射真空紫外光电离质谱在燃烧和催化研究中的应用进展 [J], 周忠岳;杨玖重;潘洋;齐飞
5.基于同步辐射的紫外-真空紫外光谱辐射测量装置的研制 [J], 刘金元;薛凤仪;廖宁放;熊利民;李平;周洪军;霍同林
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四极质谱仪：
三． 真空室（）－材料
根据总体要求确定材料的选择： 机械性能——强度、硬度、比重、熔点 真空性能——表面氧化层、出气率 导磁率 导热、导电性能 抗辐射性能、防辐射性能 机加性能 焊接性能 成本和采购途径
真空室（）－结构
• 形状内部及外围设备装拆空间（设备总体决定） • 大气压变形壁厚加强筋（分析变形） • 抽气流导（气载分布、流导、压强分布计算） • 泵阀规电极冷却水运动传导观察窗安装孔 • 真空室烘烤和冷却热胀冷缩支撑点（热负载温度分布计算、
2. 真空测量
• 低真空规（热传导规）
• 将规管中的一根张紧的金属丝通以电 流加热，在热平衡时，输入的能量为辐射 传热量、引线传热量和气体传热量之和。 前两项为定值，最后一项与与气体压力成 正比（低气压下）。通过电阻的变化得到 相应的真空度。常用的有热偶规与电阻规 （皮拉尼规）。测量范围～。
•
• 高真空规
数零散性 规管的校准和比对：相对、范围 不求真空测量的绝对准确。
3. 真空阀门
• 阀门是连通隔离不同真空区域的重要部件。
• 适用不同真空范围的阀门（结构、材料不同）：低 真空阀、高真空阀、超高真空阀
• 适用不同场合（管道结构、高温、低温、高压、腐 蚀性气体、辐射）的阀门：
• 光源用阀门：全金属角阀－，氟橡胶密封圈门阀－ 超高真空＋直通，全金属门阀－超高真空＋直通＋ 辐射，全金属屏蔽门阀－超高真空＋直通＋辐射＋ 屏蔽，快关闭阀全金属直通阀－光束线用。
• 新鲜钛膜产生化学吸附，
• 形成稳定的化合物而产
• 生抽气作用。
•
• 锆铝吸气剂泵
•
它是由锆铝合金材料（％锆、％铝）
在高温下激活后吸附活性气体的泵。
•
工作范围：－～－。
真空泵（）－泵的性能特点
• 极限真空度（泵本身达到最低压强） • 抽速曲线（压强～抽速） • 抽气选择性（对各种气体抽除能力不同） • 对混合气体的抽气行为（一种气体影响泵对另一
应根据上述评估值结合布泵和流导计算得到有 效抽速值用于计算
气载分布－有效抽速分布－压强分布的计算程 序
真空泵（）－粗略简易配泵法
• 比照国内外类似装置的布泵 • 加一点抽速余量，比如％ • 加其它一种泵更可靠（如） • 如气载均布，泵抽速也均布，多台小泵好 • 如气载集中，泵靠近气载，距离尽量短 • 根据不同真空度时泵实际抽速计算 • 预抽分子泵抽速不必很大，前级油泵可用。 • 国产性价比不低，完全可用。 • 规管放置合理，反映真实压强。
→湍流、 粘稠流、分子流）； 6. ②不同区域功能不同，所用真空设备
不同。
真空区域划分及对应真空泵
• 低真空：～－ → • 中（高）真空：－～－ → • 超高真空：－ ～－ → 、＋＋ • 极高真空：＜－ →
• 先弄清你的装置要达到的真空区域要求！
.常规真空技术的主题：
真空容器－气源（气载）－抽气（抽速）， 即真空获得和测量。
同步辐射光源的真空系统 －系列技术讲座之一
－
本次讲座内容
1. 真空基础知识 2. 部分真空设备的原理 3. 真空室 4. 真空获得 5. 光源真空系统 6. 其它
一． 真空基础知识
1. 什么叫真空？ 2. 一定范围空间内的气体压强低于大气
压的状态 3. 真空区域划分：低、高、超高、极高 4. 划分的原因： 5. ①根据气流特点（低、高、超高真空
• 向相反。分子泵工作时，转子
• 高速旋转，迫使气体分子通过
• 叶片从泵的上部流向下部出口，
• 从而产生抽气作用。
• 工作范围～－。
• 溅射离子泵
•
在钛板（阴极）和不锈钢圆筒
（阳极）间加上～高压，通过磁场作用，
空间中的自由电子产生潘宁放电，轰击钛
板，打出的钛原子沉积在阳极筒及和阴极
• 板上，气体分子碰撞到
• 全压强测量和气体成份分析（分压强）→ 如何提高测量真实性、精度和一致性？
• 真空系统控制→如何操作真空设备、真空 数据采集和处理、真空联锁保护？
二．部分真空设备的结构与原理
1. 真空泵： 2. ● 旋片式机械泵
泵)
● 涡旋式机械泵(干
• 分子泵
•
•
定子和转子都装有多层涡轮
• 叶片，转子和定子叶片倾斜面方
• 保持阀门性能寿命：防止灰尘、适度密封力
4. 真空检漏
检漏方法： 压力检漏法 水压法 气泡法 卤素检漏法 氦质谱检漏仪吸枪法 真空检漏法 真空规检漏法 氦质谱检漏法 四极质谱检漏法
氦质谱检漏仪： ：质谱仪，氦传感器（°磁质谱仪） 涡轮分子泵（，提供中的高真空条件）
…：电磁阀（用于控 制气流）
涡旋泵（为涡轮分子泵提 供前级压强和试件抽空）
真空容器：结构、材料、密封、制造、工艺→ 如何适应总体、漏气出气少、易加工、经济？
气源：空间气体、漏气、渗气、材料表面出气 （热解吸、电子离子光子感应解吸、室壁体 内气体输运到表面）、人为充入的介质气体 →如何减少气载、控制气体成分？
• 抽气：泵（抽气原理和特性）～气体流导 （抽气通道结构和气体分子运动学）→如 何提高抽气能力和效率？
• 通过热（冷）阴极放电，产生自由电 子，电子在电、磁场作用下与气体分子碰 撞，再产生正离子与电子。在低气压下， 气体分子被电离所生成的正离子数与气体 分子密度成正比。通过测量正离子数而得 到相应的真空度。
• 常用有热阴极规和冷阴极规。
• 测量范围～。
• 四极质谱仪
•
四极质谱仪是根据不同荷质比的离子
种气体的抽除） • 抽气容量抽速曲线（容量～抽速） • 标称有效抽速（有 泵的震动（影响主体设备工作）
真空泵（）－泵的配置原则
从泵的性能特点归纳出泵的配置方法： 单一泵极限压强要高于所需系统压强 几种泵组合可获得好于单一泵的真空 应把工作压强时的泵抽速用于计算 应根据系统内的气体成份配置泵 应把泵对各气体成份的抽速用于计算 应把随容量下降到一定量的抽速用于计算
在直流—高频四极分析场中运动轨迹的稳
定与否来实现质量分离的。通过测量得到
不同成分气体的分压。
荷质比
离子的判别
离子
分子
，
，， ， ，， ，
， ，
，，，
，，
，，，， ，
，，，，， ，
， ，
真空测量
不同规管的测量范围： 低真空规（＞－）：薄膜规、电阻规、热偶规 中高真空规（＞－）：电离规、冷规 超高真空规（＞－）：规、冷规 极高真空规（＞－）：分离规、磁控规 各种规管测量误差：一般＞％ 多个规管测量的零散性和变化：来源于结构和参