同步辐射的基本知识第一讲同步辐射光源的原理_构造和特征.
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
编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级
7
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.
同步辐射百科名片同步辐射 synchrotron radiation ，相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射。
至今同步辐射装置的建造及在其上的研究、应用，经历了三代的发展。
目录编辑本段同步辐射简介synchrotron radiation相对论性带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射。
同步辐射是速度接近光速（v≈c）的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于它最初是在同步加速器上观察到的，便又被称为“同步辐射”或“同步加速器辐射[1]”。
长期以来，同步辐射是不受高能物理学家欢迎的东西，因为它消耗了加速器的能量，阻碍粒子能量的提高。
但是，人们很快便了解到同步辐射是具有从远红外到X光范围内的连续光谱、高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源，可以用以开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。
于是在几乎所有的高能电子加速器上，都建造了“寄生运行”的同步辐射光束线及各种应用同步光的实验装置。
至今，同步辐射装置的建造及在其上的研究、应用，经历了三代的发展。
编辑本段第一代同步辐射光源是在世界各国为高能物理研究建造的储存环和加速器上“寄生地”运行的。
很快地，不仅物理学家，而且化学家、生物学家、冶金学家、材料科学家、医学家和几乎所有学科的基础研究及应用研究的专家，都从这个新出现的光源看到巨大的机会。
然而，在对储存环性能的要求上，同步辐射的用户与高能物理学家的观点是矛盾的，表现在主要是由电子束的发射度所决定的同步辐射的亮度上。
它使同步辐射的用户们要求建造专门为同步辐射的应用而设计的第二代同步光源。
发射度由第一代装置的几百nm.rad降低到第二代同步光源的50－150nm.rad。
编辑本段第二代同步辐射光源第二代同步辐射装置对科学技术研究的巨大推动，促使世界各国政府支持建造新一代具有更高亮度的第三代同步辐射光源。
第三代同步辐射光源的储存环的发射度一般为10nm.rad量级，并籍助于安装大量的插入件(波荡器和扭摆器)，产生准相干的同步辐射光，这不但使光谱的耀度再提高了几个数量级，而且可以灵活地选择光子的能量和偏振性。
同步辐射光源原理
同步辐射光源原理
同步辐射光源是一种高亮度、高空间分辨率和高波长分辨率的光源，
具有广泛的应用前景。
它的产生原理是由于电子在弯曲或加速的过程
中会辐射出电磁波，这种电磁波的能量与电子的运动状态、质量和速
度有关，称之为辐射能量谱。
同步辐射光源是通过在电子加速器上产
生高能电子束，利用电子在弯曲磁场中运动产生的同步辐射辐射出来
的光源。
同步辐射光源主要有弯线光源和直线光源两种类型。
弯线光源利用电
子在弯曲磁场中运动产生同步辐射，产生的光子在正面的凸透镜上成
为聚焦的平行光束，这里我们可以得到高亮度的光线。
直线光源则是
利用极高速运动的电子辐射出的光源，整个加速器就像是一个直线，
使得超高亮度的光线产生并传播。
由于电子在加速器中运动的速度非常快，通常超过了0.99C(光速的99%)，所以同步辐射光源的波长非常短，甚至可以达到纳米级别。
这样的高波长分辨率和高空间分辨率特性为很多现代科学和工业实验提
供了一些前所未有的实验条件。
总之，同步辐射光源的原理是由于加速器中的高能电子在弯曲或加速
的过程中会产生同步辐射，这种辐射的谱在波长和能量方面都很广泛，
并有着非常好的性质。
同步辐射光源的优点非常突出，因此它的应用前景广泛，未来将有更多的相关技术的应用和发展。
同步辐射光源的原理、构造和特征
同步辐射光源的原理、构造和特征一、引言同步辐射光源是用于研究物质及其性质的实验设备，具有较高的光强、高的光能、独特的光谱结构和极高的时间分辨率等优势。
本文将介绍同步辐射光源的原理、构造和特征。
二、同步辐射光源的原理同步辐射是指将一个瞬态电子束与一束恒定的光束相互作用，从而产生一束“同步辐射”光。
同步辐射光源的原理是利用加速器束流通过铁磁材料，产生高度双极性轴向磁场而产生的光。
同步辐射源是通过制造同步辐射光的装置而实现的。
同步辐射源由四个模块组成：加速器、储存环、辐射与探针线和探测器。
三、同步辐射光源的构造同步辐射光源的构造包括以下部分：1. 加速器加速器是同步辐射光源的核心部分。
它主要提供电子束，使的电子束在磁铁的作用下形成粒子束，在交替加速和弯曲作用下被带到储存环中运动。
2. 储存环储存环是一种特殊的加速器装置，电子束在其中被稳定运动。
储存环中有许多磁铁，在磁场中粒子将被弯曲，形成轨道，从而形成减速器所需的同步辐射光子束。
3. 辐射与探针线辐射和探针线由许多磁铁和探针组成，探针的位置、数量和类型可以根据需要变化。
主要作用是控制同步辐射光子的强度和能量分布。
4. 探测器同步辐射光源的探测器主要用于检测同步辐射光子，通过探测器可以获得同步辐射光的能量、时间分辨率和频率等信息。
四、同步辐射光源的特征同步辐射光源具有以下特征：1. 高光强同步辐射光源的光强比传统光源高出几个数量级。
2. 高光能同步辐射光源在200eV到10MeV的范围内具有广谱能量，可以用于各种应用领域。
3. 独特的光谱结构同步辐射光源的光谱结构具有非常高的能量分辨率，可用于分析物质中微小区域的结构和成分。
4. 高时间分辨率同步辐射光源的时间分辨率高于其他光源，可以获得物质的动态过程。
5. 可调控性同步辐射光源可根据需要调节光强、能量和时间分辨率等参数。
五、同步辐射光源是一种重要的实验设备，具有很高的科研价值。
本文介绍了同步辐射光源的原理、构造和特征，希望能对相关领域的研究者有所帮助。
同步辐射
插入件
•
电子在波荡器中运动轨道的曲率半径很大，一般地， 电子在波荡器中运动轨道的曲率半径很大，一般地， 波荡器是不能使同步光谱向高能方向移动的， 波荡器是不能使同步光谱向高能方向移动的，但由于 电子的偏转角小， 电子的偏转角小，从波荡器中不同的磁极上发射出来 的光子在很大的程度上相干地叠加， 的光子在很大的程度上相干地叠加，干涉效应使得同 步光谱中出现一系列尖峰。也就是说， 步光谱中出现一系列尖峰。也就是说，波荡器给出一 系列近乎单色的同步光， 系列近乎单色的同步光，而且在这些波长上的同步光 的亮度要增强N 倍以上。 的亮度要增强 2倍以上。在波荡器中产生的同步光的 发射角是很小的， 发射角是很小的，近似地只有弯转磁铁上产生的同步 光的发射角的1/N。 光的发射角的 。
同步辐射的特点
• 同步辐射是”超级显微镜” 同步辐射是”超级显微镜”
同步辐射的特点
• 高亮度：同步辐射的亮度比最强的X光管特征线亮度强万倍以上。 高亮度：同步辐射的亮度比最强的 光管特征线亮度强万倍以上 光管特征线亮度强万倍以上。 光机拍摄一幅晶体缺陷照片， 天的感光时间， 用X光机拍摄一幅晶体缺陷照片，通常需要 光机拍摄一幅晶体缺陷照片 通常需要7-15天的感光时间，而 天的感光时间 利用同步辐射光源只需要几秒。 利用同步辐射光源只需要几秒。 • 宽波谱：覆盖了红外、可见、紫外和 光波段 是目前唯一能覆盖这 宽波谱：覆盖了红外、可见、紫外和X光波段 光波段,是目前唯一能覆盖这 样宽的频谱范围又能得到高亮度的光源。 样宽的频谱范围又能得到高亮度的光源。利用单色器可以随意选择 所需要的波长,进行单色光的实验 进行单色光的实验。 所需要的波长 进行单色光的实验。 • 高准直：同步辐射的发射度极小 准直性可以与激光相媲美。 高准直：同步辐射的发射度极小,准直性可以与激光相媲美 准直性可以与激光相媲美。 • 脉冲性：电子在环行轨道中的分布不是连续的，是一团一团的电子 脉冲性：电子在环行轨道中的分布不是连续的， 束作回旋运动，也即，同步辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为100皮 束作回旋运动，也即，同步辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为 皮 秒量级，脉冲间隔为微秒或亚微米量级。同步辐射具有时间结构。 秒量级，脉冲间隔为微秒或亚微米量级。同步辐射具有时间结构。 • 偏振性：同步辐射具有线偏振和圆偏振性，可用 来研究样品中特 偏振性：同步辐射具有线偏振和圆偏振性， 定参数的取向问题。 定参数的取向问题。
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。
同步辐射的基本知识第一讲同步辐射光源的原理_构造和特征.
专题综述同步辐射的基本知识第一讲杨传铮1,22(1.中国科学院,;上海硅酸盐研究所,上海200050) FSYNCHROTRONRADIATION———LRE1PRINCIPLE,CONSTRUCTIONANDCHARACTERS OFSYNCHROTRONRADIATIONSOURCEYANGChuan2zheng1,CHENGGuo2feng2,HUANGYue2hong2(1.ShanghaiInstituteofMicro2SystemandInformationTechnology,ChineseAcademyofSci ence,Shanghai200050,China;2.ShanghaiInstituteofCeramicsChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)中图分类号:O434.11文献标识码:A文章编号:100124012(2008)01200282051同步辐射光源的原理和发展简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]收稿日期:2007209217作者简介:杨传铮(1939-),男,教授。
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。
同步辐射光源介绍
同步辐射光源介绍1.同步辐射光源的基本原理同步辐射光源是通过将电子在加速中激发和减速的过程中所产生的同步辐射辐射出来的电磁波，其能量范围可以从紫外到硬X射线。
同步辐射光源使用的主要是电子储存环。
电子束在储存环中运动时，由于受到磁场力的作用，电子将发生偏转并且辐射出一段连续的辐射光谱。
通过调节电子束的能量和储存环的磁场强度，可以获得不同能量范围的辐射光。
2.同步辐射光源的分类第一代同步辐射光源是使用直线加速器和环行加速器产生的，能量范围一般为几十keV到几百keV。
第二代同步辐射光源是将电子束束流注入储存环中，在储存环中加速并激发电子，然后通过磁场弯曲电子束并产生同步辐射光。
第二代同步辐射光源的能量范围从几百eV到几十keV，能够提供比第一代更高亮度的辐射光。
第三代同步辐射光源是第二代同步辐射光源的延伸，它通过增加电子储存环的功能和改进光束线的设计，能够提供更高的亮度和更宽的能量范围。
第三代同步辐射光源的能量范围从几百eV到几十keV，并且能够提供更短脉冲宽度的辐射光。
3.同步辐射光源的应用在物理学研究中，同步辐射光源可以用来研究材料的晶体结构和电子结构，例如通过X射线衍射技术研究材料的晶体结构，通过X射线吸收光谱技术研究材料的电子结构。
在化学研究中，同步辐射光源可以用来研究化学反应的机理和动力学，例如通过X射线吸收光谱技术研究催化剂的变化和反应中间体的形成。
在材料科学研究中，同步辐射光源可以用来研究材料的表面和界面结构，例如通过X射线反射技术研究材料的表面形貌和多层膜的结构。
在生物学和医学研究中，同步辐射光源可以用来研究生物大分子的结构和功能，例如通过小角散射技术研究蛋白质的三维结构，通过X射线吸收光谱技术研究生物分子的电子结构。
此外，同步辐射光源还可以应用于材料的X射线成像、X射线谱学和X射线光谱学等领域的研究。
总结起来，同步辐射光源是一种非常强大的实验工具，可以用来研究材料结构和功能，广泛应用于物理学、化学、材料科学、生物学和医学等领域。
同步辐射光源原理原理
同步辐射光源原理原理
同步辐射光源是通过将高能电子注入到强磁场中来产生的。
在光源内部，电子通过加速器或环装加速器进行加速，直到达到高能状态。
然后，
这些高能电子进入一个称为弯曲磁铁的设备。
弯曲磁铁会引导电子在磁场
中进行曲线运动。
当电子在弯曲磁铁中运动时，它会不断改变方向，因此会发生加速。
这种加速过程会产生同步辐射。
同步辐射的频率和能量取决于电子的能量
以及弯曲磁铁的磁场强度。
通常情况下，同步辐射的频率和能量都非常高，可以达到纳米米级和几兆电子伏特。
同步辐射光源的另一个重要组成部分是束流线。
束流线是一系列精确
设计的光学元件，用于收集和控制同步辐射光。
这些光学元件包括聚焦镜、光栅、反射镜等。
束流线可以将同步辐射光聚焦到一个小的区域，并调整
光的能量和方向。
同步辐射光源的应用非常广泛。
由于同步辐射光可以覆盖从红外线到
硬X射线的频率范围，因此可以用于物理、化学、材料科学、生物学等领
域的研究。
它可以提供高亮度、高空间分辨率和短脉冲宽度的光束，用于
研究微观结构和动力学过程。
总结起来，同步辐射光源是一种能够产生广谱连续电磁辐射的光源，
基于电子在强磁场中运动产生同步辐射的原理。
通过加速器将高能电子注
入到弯曲磁铁中，电子在磁场中曲线运动并发生加速，产生广谱连续的辐射。
束流线可以将同步辐射光聚焦和控制，用于各种科学研究领域。
同步
辐射光源的发展为研究微观结构和动力学过程提供了强大的工具。
同步辐射光源原理原理
同步辐射光源原理原理同步辐射光源是一种高亮度、高能量的电磁辐射源，广泛应用于物理、化学、生物等领域的研究。
那么，它的原理是什么呢？同步辐射光源的原理基于粒子在加速器中进行加速运动时，会产生辐射电磁波的现象。
当高能电子通过磁场作用下的弯转装置时，会产生大量的电磁波辐射，这些辐射电磁波的频率范围非常广，从红外到X射线都有。
所谓同步辐射，就是指辐射电磁波的频率与粒子的运动频率保持同步。
为了实现同步辐射，需要精确控制粒子的速度和轨道。
这就需要采用加速器来加速粒子，并通过磁场控制粒子的轨道。
同步辐射光源通常采用直线加速器或环形加速器来加速电子。
加速器通过一系列的加速腔和磁铁，将电子加速到高能量。
加速过程中，电子会发生频率为几GHz的周期性振荡，这就是粒子的运动频率。
当加速器中的电子通过弯转装置时，由于电子受到磁场力的作用，会被弯曲成一个圆弧轨道。
在弯转过程中，电子会发射电磁波，这些电磁波就是同步辐射光。
同步辐射光源的亮度非常高，这是因为同步辐射是由大量电子同时发射的。
在同步辐射光源中，电子以bunch（束）的形式通过弯转装置，每个束内有数千甚至数十亿个电子，这些电子的发射电磁波是高度集中的。
同步辐射光源的能量范围非常广，从红外到X射线都有。
这是因为同步辐射光的频率与电子的运动频率相关，而电子的运动频率可以通过控制加速器的参数进行调节，从而实现不同频率范围的辐射光。
同步辐射光源的应用非常广泛。
在物理学领域，同步辐射光源可以用于研究材料的结构和性质，探索物质的微观世界。
在化学领域，同步辐射光源可以用于研究化学反应的动力学过程，揭示化学反应的机制。
在生物领域，同步辐射光源可以用于研究生物分子的结构和功能，解析生命的奥秘。
同步辐射光源是一种基于粒子加速器原理的高亮度、高能量的电磁辐射源。
通过精确控制加速器的参数，实现电子的同步辐射，可以得到高质量的辐射光。
同步辐射光源在科学研究中有着重要的应用，对于推动科学进步和技术创新具有重要意义。
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（Synchrotron Radiation Light Source）是一种利用电子加速器产生的高度同步的辐射光，具有很高的亮度和峰值亮度，广泛应用于物理、化学、材料、生命科学等多个领域的研究。
同步辐射光源的原理是利用电子在强磁场中运动产生的辐射光。
当电子束通过磁场中的弯曲磁铁时，它们会受到一个向心力的作用，由于电子速度的非相对论性递增，它们将会发射出一种高亮度的电磁辐射，即同步辐射光。
这种辐射光的频率范围从红外线到硬X射线，具有高亮度、高能量分辨率和高峰值亮度的特点。
同步辐射光源的构造主要包括以下几个部分：电子加速器、束线系统、弯转磁铁、入射光学系统和实验站。
电子加速器是产生同步辐射光的关键设备，常用的有线性电子加速器（linac）和环形正负电子对撞机（Storage Ring）等。
束线系统用于将产生的同步辐射光传输到实验站，通常由一系列的准直器、聚焦器和光学元件组成。
弯转磁铁用于弯曲电子束路径，使电子束产生同步辐射光。
入射光学系统用于将同步辐射光聚焦到目标样品上。
实验站是进行各种研究的地方，常用的实验技术包括X射线衍射、X射线吸收谱学、X射线成像等。
同步辐射光源的特征主要有以下几个方面：第一，具有极高的亮度，亮度是指在给定的能量范围内，单位面积上通过的光子数目，同步辐射光源的亮度可以达到非常高的数值，远远超过传统光源。
第二，具有极高的峰值亮度，峰值亮度是指在给定的辐射周期内，单位面积上通过的光子数目，在同步辐射光源中，经过优化的束线系统和弯曲磁铁能够产生非常强的辐射光，峰值亮度高，时间分辨率高。
第三，具有宽的能谱范围，同步辐射光源的辐射光能谱范围从红外线到硬X射线，能够满足不同实验需要。
第四，具有极高的能量分辨率，同步辐射光源由于弯曲磁铁的特点，能够产生高能量分辨率的辐射光，可以用于材料的晶体结构分析和电子能态的测量等。
第五，具有非常短的时间分辨率，同步辐射光源的时间分辨率可以达到飞秒级别，可以用于快速反应动力学的研究。
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
一、原理构造：
1.电子加速器：同步辐射光源的核心部分是电子加速器，通常采用线
性加速器或环形加速器。
电子在加速器中被加速到接近光速，称为高能电
子束。
2.磁场系统：磁场系统由一组磁铁组成，用来将高能电子束转化为同
步辐射光束。
磁铁的排列和形状不同，可以产生不同能量的光束。
磁场系
统通常包括直线模式和环形模式两种。
3.出射光束系统：出射光束系统主要包括准直器、滤光器和光学元件等。
准直器用来调整光束的方向和尺寸，滤光器用来选择特定波长的光束，光学元件则用来调节光束的相位和聚焦等。
二、工作原理：
三、特征：
1.高亮度：同步辐射光源的亮度是传统光源的几个数量级之上，能够
提供强烈、高分辨率的光束，适用于各种材料表征和分析的需求。
2.高能分辨率：同步辐射光源能够提供极高的能量分辨率，可以分辨
出非常细微的光谱结构，对于材料的组成分析和物质性质的研究非常有帮助。
3.高相干度：同步辐射光源的光束相干度很高，即光波的相位关系非
常稳定，能够提供高质量的干涉和衍射图像，适用于物体的结构分析和形
貌表征。
4.多波长：同步辐射光源能够产生多个波长的光束，覆盖从红外到硬X射线的宽广波段，满足不同实验和研究领域的需求。
5.非破坏性：同步辐射光源的光束对样品具有非破坏性，不会损伤样品的结构和性质，适用于对生物样品和有机材料等敏感样品的研究。
同步辐射光源
同步辐射光源1400011418李佳明物理学院摘要：同步辐射光源，是利用电子以接近光速的速度在电磁场中偏转时发出的电磁波（即同步辐射）进行科学研究的一种新型高性能强光源。
高速运动的电子具有极高的能量，且速度接近光速，要考虑相对论效应，这使得同步辐射光源所提供的光具有很多独特的优良特性。
同步辐射光源被广泛应用于各科研领域，解决了很多实验难题。
本文旨在讨论同步辐射光源的基本工作原理、优良特性和具体应用。
关键词：同步辐射光源，同步辐射，x射线1、引言人类的生存和发展，离不开光；科学研究，亦离不开光。
利用特定波长的光束在物质中的衍射、折射、散射等现象，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，是探索未知世界的重要途径。
随着科学技术的发展，人们所进行的研究越来越复杂，对光源性能的要求也越来越高、越来越多样化。
同步辐射光源便是在这样的背景下诞生的。
1974年，人类首次在研究高能物理的同步加速器上观测到同步辐射光。
随着人们对同步辐射光优良性能的认识加深，逐渐出现了独立于高能物理研究、专门用来产生高性能的同步辐射光的同步辐射光源。
2、同步辐射光源的基本工作原理。
2.1同步辐射同步辐射是指带电粒子的运动速度接近光速（v≈c）在电磁场中偏转时，沿运动的切线方向发出的连续谱的电磁辐射，最先在电子同步加速器上发现，故得此名，又称同步加速器辐射。
由于电子运动速度接近光速，需考虑相对论效应，辐射出的电磁波体现出格外优良的特性。
同步辐射光源利用的便是同步辐射。
2.2同步辐射光源的基本结构装置示意图如下：如图中所标示的数字所示，装置大致分为五个部分：(1)电子枪：发射电子。
通常通过加热金属丝来实现。
在同步辐射光源的运行过程中，电子枪需要持续提供电子，因为电子会与储存环中残留的气体分子相撞而不断减少。
电子出射后进入直线加速器进行加速，通常被赋予约100MeV量级的动能。
(2)增强器：电子从直线加速器进入增强器，能量进一步提升。
辐射同步光源
辐射同步光源辐射同步光源 (Synchrotron Light Source) 是一种重要的科学研究工具，它能够产生高亮度、高能量的同步辐射光。
这种光源在物理、化学、材料科学、生命科学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍辐射同步光源的原理、应用和未来发展方向。
一、原理辐射同步光源是利用电子在加速器中运动时产生的高能量电磁辐射。
加速器中的电子被加速到接近光速，并通过弯曲磁铁使其做圆周运动。
当电子在弯曲磁铁中运动时，会发生加速和辐射能量的损失，从而产生电磁辐射，即同步辐射光。
这种光的特点是强度高、束流稳定、极化程度高，并且覆盖了广泛的波长范围，从红外到X射线。
二、应用辐射同步光源在科学研究中有着广泛的应用。
首先，它可以用于材料科学研究。
通过辐射同步光源可以研究材料的结构、成分、动力学等性质，对于材料的设计和合成具有重要意义。
其次，辐射同步光源在生命科学中也有重要应用。
它可以用于研究生物分子的结构和功能，揭示生命活动的机制，为新药研发提供理论依据。
此外，辐射同步光源还可以用于物理学、化学等领域的研究，如表面科学、催化剂研究、环境科学等。
三、未来发展随着科学研究的不断深入，对辐射同步光源的需求也越来越大。
未来的发展方向主要有以下几个方面。
首先，提高光源的亮度和稳定性。
亮度是衡量辐射同步光源性能的重要指标，未来的研究将致力于提高光源的亮度，以满足更高精度的实验需求。
其次，扩展光源的波长范围。
目前的辐射同步光源主要覆盖了红外到X射线的波长范围，未来的发展将进一步扩展到更长波长的红外光和更短波长的硬X射线。
此外，还需要开发更先进的探测技术和数据分析方法，以提高实验的灵敏度和分辨率。
最后，加强国际合作和交流。
辐射同步光源是一项高投入、高技术的研究设备，需要各国共同努力，加强合作，共享资源和经验，推动辐射同步光源的发展。
辐射同步光源作为一种重要的科学研究工具，在物理、化学、材料科学、生命科学等领域有着广泛的应用。
随着科学研究的发展，辐射同步光源的亮度、稳定性和波长范围将得到进一步提高，为科学研究提供更好的条件和更广阔的发展空间。
同步辐射
同步辐射的发现及形成
超新星爆发的遗迹 - 蟹状星云就是一种自 然界的同步辐射源. 其实早在1054年,中国科学家就观察到了超 新星爆发,中国古代天文学家称呼它为“客星” 这颗星出现在在金牛座的南角上, 出现后的一个 月之内一直相当明亮。在这段期间，耀眼的光 辉约有太阳的40亿倍，它的遗迹在往后的一年 多都还能够看的见，中国天文学家描述这颗星 在四方都有尖尖的光辉而且还带着微红白的颜 色。
同步辐射在近代生物学的应用
• 例:用同步辐射显微术研究头发和皮肤
同步辐射在近代生物学的应用
• 生物学家依托同步辐射光，能获得生物大分 子的三维结构，进而研究其结构与功能之间 的关系。
同步辐射在医学的应用
可用于肿瘤的诊断和治疗，如测定血液 内一些元素的含量、血管造影、诊断人体内 各种肿瘤和进行微型手术以除去人体特殊部 位的一些异常分子等
同步辐射的特点
• 高准直：同步辐射的发射度极小,准直性可以 与激光相媲美。 • 脉冲性：电子在环行轨道中的分布不是连续的， 是一团一团的电子束作回旋运动，也即，同步 辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为100皮秒量级， 脉冲间隔为微秒或亚微米量级。同步辐射具有 时间结构。 • 偏振性：同步辐射具有线偏振和圆偏振性，可 用 来研究样品中特定参数的取向问题。
同步辐射的特点
• 高亮度：同步辐射的亮度比最强的X光管特 征线亮度强万倍以上。用X光机拍摄一幅晶 体缺陷照片，通常需要7-15天的感光时间， 而利用同步辐射光源只需要几秒。 • 宽波谱：覆盖了红外、可见、紫外和X光波 段,是目前唯一能覆盖这样宽的频谱范围又 能得到高亮度的光源。利用单色器可以随 意选择所需要的波长,进行单色光的实验。
合肥NSLS：第二代
美国NSLS：第二代射光的亮度 大大提高，并且从波荡器等插入件可引出 高亮度、部分相干的准单色光凭借优良的 光品质和不可替代的作用，第三代同步辐 射光源已成为当今众多学科基础研究和高 技术开发应用研究的最佳光源。
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专题综述同步辐射的基本知识第一讲杨传铮1,22(1.中国科学院,;上海硅酸盐研究所,上海200050) FSYNCHROTRONRADIATION———LRE1PRINCIPLE,CONSTRUCTIONANDCHARACTERS OFSYNCHROTRONRADIATIONSOURCEYANGChuan2zheng1,CHENGGuo2feng2,HUANGYue2hong2(1.ShanghaiInstituteofMicro2SystemandInformationTechnology,ChineseAcademyofSci ence,Shanghai200050,China;2.ShanghaiInstituteofCeramicsChineseAcademyofSciences,Shanghai200050,China)中图分类号:O434.11文献标识码:A文章编号:100124012(2008)01200282051同步辐射光源的原理和发展简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]收稿日期:2007209217作者简介:杨传铮(1939-),男,教授。
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(InserctionDevices),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。
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。
正在建设或设计中的第三代14台,遍及美、英、欧、德、俄、日、中、印度、韩、瑞典、西班牙和巴西等国家。
大概可分为三类:第一类,是建立以VUV(真空紫外)为主的光源,借助储存环直线部分的扭摆磁体把光谱扩展到硬X射线范围,台湾新竹SRRC和合肥NSRC光源属此类。
第二类,是利用同步电子加速器能在高能和中能两种能模式下操作,可在同一台电子同步加速器(增强器)下,建立VUV和X射线两个电子储存环,位于美国长岛Brookhaven国家实验室(BNL)的国家同步辐光源(NSLS)属于此类。
第三类,是建立以X射线环为主同时兼顾・28・杨传铮:同步辐射的基本知识第一讲同步辐射光源的原理、构造和特征表1三代同步辐射光源主要性能指标的比较Tab.1Comparisonofmainpropertiesofthethreegenerationsynchrotronradiationsources 代数电子储存环工作模式兼用电子能量/GeV1～30(由高能物理决定)电子束发散度/nm・rad<1000同步辐射亮度发光元件光的干涉性开发年代第一代1013～1014二极弯曲磁铁和为主20世纪60年代第二代专用约为1,产生真空紫外及软X射线低能约为1,中能1～3.5,高能640～1501015～1020世纪70年代第三代专用～1710部分空间相干20世纪90年代VUVXX射线、软X,但长1022ph・S-1・mrad・mm-2・(0.1BW)-1;②相干性。
要求空间全相干,即横向全相干;③光脉冲长度要求到皮秒级,甚至小于皮秒级;④多用户和高稳定性。
同步辐射光源的一大特点是多用户和高稳定性,可同时有数百人进行试验。
因此有人认为,同步辐射光源就像能量广泛分布的一台超大型激光光源,特别是光的相干大大改善的第三代和第四代同步辐射光源更是如此。
关于同步辐射理论和装置方面的文献太多,文献[2-4]为该方面较新的书籍,可供需要者进一步查阅。
波部分的亮度较VUV环低些,当然也可用长波段进行工作,上海同步辐射装置(SSRF)就属此类。
图1为上海同步辐射装置(SSRF)的平面示意图,如果增强器能分别采用高能和中能两种模式工作,在中能模式下操作,注入储存环提供光子通量较高,主要进行VUV环的工作;在高能模式下操作,只要光束线和实验站作合理布置,既能进行硬X射线、软X射线方面的工作,也能进行很多VUV方面的工作。
2同步辐射光源构造由图1可见,同步辐射光源由一台直线加速器、一台电子同步加速器(又称增强器,Booster)和电子储存环三大部件组成。
在直线加速器产生并加速后注入增强器继续加速到设定能量后,再注入电子储存环中作曲线运动而在运行的切线方向射出同步辐射光。
2.1直线加速器一般采用电子行波直线加速器,由以下几部分图1上海同步辐射装置(SSRF)结构的平面示意图Fig.1Planarmapofstructureforshanghaisynchtronradiationfacility(SSRF)组成:(1)电子枪它提供加速用的电子束,由发射电子的阴极、对电子束聚焦的聚焦极和吸出电子的阳极组成。
通常阴极负高压为40～120keV,脉冲电流强度约几百毫安。
(2)低能电子束流输运线它将从电子枪出来的电子束注入到加速波导中,输运线上还有束流导向、聚焦、测量及聚束等装置。
(3)盘荷波导是电子直线加速器的主体,行波电子直线加速器的盘荷波导可分常阻抗和常梯度两种,前者将波导的阻抗设计得各处相同,后者则使・29・(4)近些年来,由于自由电子激光(FEL)技术的发展和成功应用,以及在电子储存环的应用,从自由电子激光(FEL)中引出同步辐射已经实现,这就是第四代同步辐射光源。
第四代同步辐射光源的标志性参数为:①亮度要比第三代大两个量级以上。
第三代光源最高亮度已达1020ph・S-1・mrad・mm-2・(0.1BW)-1,目前第四代光源的亮度达杨传铮:同步辐射的基本知识第一讲同步辐射光源的原理、构造和特征波导上各处的加速场速度不变,通常采用前者。
现在加速波导几乎都用无氧铜制成,盘荷波导的加工精度及表面粗糙度等工艺要求很高。
(4)微波功率源与微波传输系统前者提供在电子直线加速器工作频率波段建立加速电场所需的微波功率,把微波功率传输到加速波导的传输系统包括隔离器、耦合器、真空窗和吸收载荷等元件。
(5)真空系统加速波导的真空度一般应为1.3×10-3～6.7×10-5Pa。
(6)聚焦系统镍,真空度一般要求10-5Pa。
(5)高频加速腔电子加速是通过高频加速腔来实现的,并在固定频率下工作。
电子回旋加速器(Microtron)又称微加速器,是用改变倍频系数的方法保证电子谐频加速的回旋式谐振加速器,、跑道式和超。
,是把多腔结构的直线电子,于是在圆形轨道的基础上增加了直线段,形状像跑道,故称跑道式电子回旋加速器。
当采用超导电子直线加速器作加速设备时称超导跑道式电子回旋加速器。
2.3电子储存环(7)电子行波直线加速器对温度的稳定度和温度梯度要求都很严格。
(8)束流检测系统对电子束的强度、剖面、发散度、能量、能谱、束团相宽和相位能等进行测量。
(9)控制系统负责管理和控制加速器系统的运行、保护和调整等。
(10)束流输出系统把已加速的电子束输运到增强器继续加速。
2.2电子同步加速器和电子回旋加速器电子储存环是同步辐射光源的核心设备,它不仅主要用于积累电子,即不断地让具有所需能量电子注入并进行积累,使储存的电子流到达要求值,并较长时间在储存环里循环运动,还要使储存环的能量及磁铁、聚焦结构布局符合同步辐射光源用户的需要。
储存环的特征波长λ同步辐射的亮度和用c、户的可容纳度是三个重要参数。
一般分为X射线环和VUV环两种。
储存环中的主要部件如下:(1)真空室真空度要求在10-7Pa左右。
(2)弯曲磁铁使电子在圆弧中运动。
(3)四极磁铁因储存环往往可被设计成多种同步加速器的作用是把直线加速器出来的电子束继续加速到所需的能量,同时使束流强度和束流品质得到改善。
一般采用强聚焦电子同步加速器,由下列几部分组成: (1)主导磁铁(即二极磁铁)引导电子束弯曲作近似圆周运动,很多块二极磁铁安放在电子束的π角度。
理想轨道上,使电子回转2(2)聚焦磁铁在组合作用的同步加速器中设方式运行,即可在不同工作点上工作,因此四极磁铁的磁场梯度在较大范围内变化时都应使四极磁铁有足够好的场区。
(4)插入元件是指在储存环的直线段上插入的扭摆磁铁(Wiggler)多极多周期的扭摆器(multi2polewiggler)和波荡磁体(Undulator)等,它们的作用是在不提高储存环的能量和束流强度的条件下能得到更短波长和更高通量的同步辐射光,以扩大应用范围。
(5)射频腔和有关供电系统以补充电子束到同步辐射过程的能量损失。
有独立的聚焦磁铁,是靠二极磁铁极面形状来实现聚焦的;对于分离作用的加速器,聚焦作用由四极磁铁来承担。
无论是那种加速器,聚焦和散焦磁铁都是交替排列在电子的封闭轨道上,用F,D和O分别表示聚焦磁铁、散焦磁铁和自由空间。
同步加速器的磁铁结构可写为FOFDOD,有时用B表示弯曲磁铁,故可写成FOBOD等形式。
(3)校正磁铁二极磁铁和四极磁铁制造和安装都会偏离设计要求,故引起理想封闭电子轨道的畸变,所以必须对电子轨道进行测量和校正。
校正是采用小型二极磁铁或附加在四极磁铁上的二极场绕组进行的。
(4)真空室对磁场变化速率较快的加速器,其真空室选用高纯氧化铝陶瓷管,内壁镀一层金属・30・3同步辐射光束线(Beamline)和线束设备3.1同步辐射光的引出和前段区从储存环引出同步辐射光,可从一般弯曲磁铁处、超导磁体处、Wiggler处、多重Wiggler处或Un2dulator处引出,也就是说,从储存环光束引出口到光束线最前段的屏蔽墙称为前端区,其作用主要是杨传铮:同步辐射的基本知识第一讲同步辐射光源的原理、构造和特征对储存环真空的保护、对实验站工作人员的安全保护以及对光束位置的初步确定与监控。