第4章 同步辐射技术

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同步辐射小角X射线散射（saxs）主要应用于尺寸为 1nm—100nm的纳米结构表征，可以表征固体、液体、 粉末、薄膜等多种形式的样品，主要应用的领域有聚合 物、纤维材料、金属材料、半导体材料等等。常见的实 验方法为透射的SAXS和掠入射的小角散射 （GISAXS），这两者的区别是透射的SAXS测量的是 体相结构的信息，而GISAXS则是测量的表面及表层结 构，因此常用于薄膜材料的表面及表层不同深度的结构 表征。而这两种实验方法又都可以做一些原位的实验， 例如样品在拉伸、剪切、变温等实验环境下的结构变化， 催化剂的反应过程测量。因此具有非常灵活的实验手段， 可以根据需要自行加入相关设备，实现各种实验过程的 有效表征。
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二、光束线：
作用：对原始白色辐射进行加工以满足实验对波长、 尺寸等的要求，并把辐射从发射点引导到实验装置 的整个光路。 1、前端区：从发射点到储存环出口 作用：截取、引导、控制辐射：防止辐射对仪器、 设备和人体造成损伤；保护储存环真空 元件：狭缝、挡光器、真空快慢阀、光闸、真空 位置探测器、光束位置监控器、隔离窗。
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SAXS 和 WAXS 实例
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XRR的基本原理
•X射线在样品表面发生反射和折 射现象 •折射光进入样品内部，在薄膜于 衬底/下一层 的界面又发生反射 和折射。 •两束反射光束发射干涉，产生干 涉条纹
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掠入射X射线衍射(GIXRD)和掠入射X射线散射 过程类似，机理和XRD相同。而通常XRD测量 时，一般来说入射－衍射束构成的平面垂直 于试样表面（晶面），这样X射线穿透样品较 深，出射信号含表面薄膜信号很少，测量对 表面结构不敏感，所以也可以简单的理解为 GIXRD就是专门针对表面薄膜的XRD。
第四章
同步辐射技术及其在材料学 中的应用
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同步辐射光源和同步辐射装置 同步辐射技术及其在材料学中的应用 上海同步辐射中心简单介绍
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同步辐射光源和同步辐射装置
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同步辐射 是一种先进和不可替代的光源 是一类与中子散射互补的大科学装置 是一个产生新的实验技术和方法的平台 是一个不同学科互相交融的理想场所 是一个凝聚和培养优秀创新人才的基地
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什么是同步辐射？

实验观察
接近光速运动 的电子在改变运动方向时会沿切线方 向辐射电磁波。1947年4月，F. R. Elder等人在美国通 用电气实验室的70MeV的电子同步加速器上首次观察 到了电子的电磁辐射，因此命名为同步辐射。
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同步辐射光的特点
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I.
高亮度
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高亮度的优势： 实时（化学反应动力学、相变过程、活细胞 变化过程） 原位（高低温、高压、高真空等） 微量样品 其他要求高光强的实验，如X射线反射等
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上海同步辐射中心
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宽能谱 从红外线、可见光、真空紫外线、软X射线一 直延伸到硬X射线
II.
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III.
小发散
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IV.
脉冲光
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V.
高偏振度
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VI.
具有精确的可预算的特性。可以用作各种
波长的标准光源。
VII.
绝对洁净。因为它在超高真空产生，而没
有任何如阳极、阴极和窗口带来的干扰
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同步辐射装置
发生ห้องสมุดไป่ตู้置（光源） 光束线 实验站

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同步辐射装置组成部分及功能
一、同步辐射发生装置 1、注入器 直线加速器（linac):初步加速，几十至几百MeV, 产生电子，形成电子束团 增强器（Booster):用同步加速器进一步加速电 子达到需要值，可达GeV
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2、电子储存环 一定能量电子在环内稳定的运转，发射同 步辐射 由磁聚焦结构、高频加速谐振腔、束流传 输束线、插入件（扭摆器、波荡器）及真 空室构成
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2、从储存环出口到实验装置的一段

作用：除类似前端区功能外，主要是对辐射 加工，以获得有一定能量（范围）、一定光 斑尺寸和平行度的实验用光束

元件：反射镜、准直镜、聚焦镜、单色器、
狭缝
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1皮秒等于一万亿分之一（即10的12次方分之一）秒
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