高压同步辐射-0
同步辐射光源与技术介绍-BIG
1 同步辐射概括同步辐射(synchrotron radiation)是速度接近光速的带电粒子在磁场中做变速运动时放出的电磁辐射，一些理论物理学家早些时候曾经预言过这种辐射的存在。
这些预言，大多是针对其负面效应而作出的。
以加速电子为例，建造加速器令电子在其中运行，通过磁场增加电子的速度，从而得到高能量，视为正面效应；然而在加速器中转圈运行的电子一定要放出辐射，从而丢失能量，视为负面效应。
通过得失的平衡，给出了加速器提速的限制。
1947年，位于美国纽约州Schenectady的通用电气公司实验室(GE lab)在调试新建成的一台70MeV电子同步加速器时首次观测到了同步辐射的存在。
同步辐射是加速器物理学家发现的，但最初它并不受欢迎，因为建造加速器的目的在于使粒子得到更高的能量，而它却把粒子获得的能量以更高的速率辐射掉，它只作为一种不可避免的现实被加速器物理学家和高能物理学家接受。
但同步辐射的能量高、亮度大、发射度低、脉冲时间短、能量连续可调等的相对于台式光源所不具有的部分优异特性却吸引了固体物理学家的注意，将其引用于X射线谱学研究领域。
而20年后随着第一代同步辐射光源的纷纷建立，同步辐射摆脱了作为加速器负效应的形象，基本确立了同步辐射及其相关谱学技术在固体物理研究领域的学术地位，并且在最近50年的发展中将同步辐射的应用领域大大扩展，成为现代科学研究前沿的不可或缺的工具，同时也是衡量一个国家是否具有学科研究领军能力的少数几个大型科学装置之一。
目前在中国现在共有4个同步辐射光源装置：1991年开始运行的北京光源(BSRF)属第一代同步辐射光源；1992年开始运行的合肥光源(NSRL)属第二代同步辐射光源；1994年建成的台湾光源(SSRC)以及2007年开始运行的上海光源(SSRF)属第三代同步辐射光源。
同时预计“十三五”期间内建设在北京光源所在地的高能光子源（HEPS）将成为亮度、发射度超越世界目前同步辐射光源先进水平的第三代光源，而在上海光源所在地规划建设的X射线自由电子激光（XFEL）将拥有更高的亮度和完全的相干性成为新一代光源。
上海光源同步辐射 材料
上海光源同步辐射材料1.引言1.1 概述概述部分的内容可以涵盖上海光源同步辐射的基本概念和背景，以及探讨其在材料研究中的重要性和应用前景。
上海光源同步辐射是一种重要的研究工具，它利用粒子在加速器中高能状态下运动产生的高能辐射，为科学家们提供了一种非常强大的分析材料的方法。
该技术可以产生出色的空间和时间分辨图像，对材料的结构、组成和动态行为进行研究。
同步辐射技术在材料研究中具有广泛的应用。
它可以用于研究能源，如太阳能电池和储能材料的性能优化。
通过分析材料的晶体结构、表面形态以及电子结构，科学家们可以了解材料的性质和反应机制，从而优化材料的设计和合成。
此外，同步辐射技术在生命科学、环境科学、纳米材料等领域也有广泛的应用。
它可以用于研究生物大分子的结构与功能关系，从而揭示生命现象的基本原理。
还可以应用于分析污染物的来源与扩散途径，以及研究纳米材料的制备和性能特征。
上海光源同步辐射的发展前景非常广阔。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断拓展，同步辐射技术将在更多领域中发挥更为重要的作用。
例如，在新能源材料、生物医药、能源环境等领域，同步辐射技术都具有重要的应用前景，将推动材料科学的发展。
综上所述，上海光源同步辐射是一项具有重要意义的科学技术，它在材料研究中的应用广泛且深入。
随着技术的不断突破和进步，同步辐射技术必将发挥更大的作用，并为探索材料的性质与行为带来更多的创新和突破。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构：本篇长文将按照以下结构展开论述。
首先，在引言部分会对上海光源同步辐射进行概述，并介绍本文的目的。
接下来，在正文部分将详细探讨上海光源同步辐射的定义和原理，以及它在材料研究中的应用。
最后，在结论部分将分析上海光源同步辐射的重要性和发展前景，并给出结束语。
本文结构清晰，逻辑严密。
通过对上海光源同步辐射的定义、原理和应用进行详细介绍，读者可以全面了解该技术在材料研究领域的重要性和广泛应用。
六面顶压机立方压腔内压强的定量测量及受力分析
六面顶压机立方压腔内压强的定量测量及受力分析王海阔;任瑛;贺端威;许超【摘要】将六面顶压机立方压腔内置入电路,采用原位电阻测量确定Bi,Tl,Ba相变的方法,标定了压腔内不同位置的压力(强).通过标定立方压腔顶锤表面的压力并结合计算,分别得到了外部加载与压腔密封边受力以及合成腔体受力的对应关系.实验分析结果表明,随着外部加载的增加,当腔体压力达到5 GPa时,消耗在压腔密封边上的加载急剧上升,消耗在合成腔体的加载趋于不变,从而导致立方压腔压力达到上限.利用实验结果,分析了立方压腔在高压下的受力状态,解释了立方压腔的压力难以超过7 GPa的原因.结合立方压腔的几何结构,通过理论分析,提出了采用高体弹模量的物质作为传压介质,同时采用低体弹模量的物质作为密封边提高立方压腔压力上限的可行方案.通过定量标定叶腊石压腔轴向的压力梯度,给出了压腔内沿对称轴不同位置压力值的计算方法,此方法可为高压实验提供更精确的压力数据.%Large volume cubic press is one of the most popular high pressure devices which can produce pressures up to about 7 GPa. It is well known experimentally that the enhancing of the maximum pressure generated in the large volume cubic press has attracted wide attention among scientists and engineers because the higher pressure is capable of synthesizing some materials with interesting properties. In the large volume cubic press, pyrophyllite is typically used as a pressure-transmitting medium. A specimen immersed in such a solid experiences a generalized stress state. The pressure distribution in pyrophyllite is an important parameter for characterizing the sample environment and designing the experiments at high pressure. There is a need for the quantitative measurement ofpressure gradients in the pyrophyllite pressure medium, so that the accurate experimental data under high pressure can be obtained. In the large volume cubic apparatus (6 × 8 MN), we put a circuit into the high pressure cubic cell, so that the pressures at various positions can be measured by using the phase transitions in Bi, Tl and Ba. In the present work, the relationship between the total press load and the press load allocated to the anvil face, and the relationship between the total press load and the press load allocated to gaskets are established at room temperature. The results show that with the increase of the total press load, the load allocated to the gaskets is increased sharply, while the curve of load allocated to the anvil face versus total press load reaches a plateau, which results in the cell pressure reaching upper limit when the cell pressure reaches up to about 5 GPa. According to the experimental results, the stress state of the cubic cell under high pressure is analyzed and the reason why the pressure generated in the large volume cubic chamber is difficult to exceed 7 GPa is explained. Based on the geometrical structure of the cubic cell, the scheme to increase the upper pressure limit for cubic cell by using the material with high bulk modulus as the pressure transmitting medium and the material with low bulk modulus as the gasket, is proposed. Additionally, the method of calculating the pressure values at different positions along the axis of symmetry in the cubic cell is given through the quantitative calibration of the pressure gradient in the axial direction of the cubic cell. This method can provide more accurate pressure data for high pressure experiments.【期刊名称】《物理学报》【年(卷),期】2017(066)009【总页数】9页(P63-71)【关键词】高压技术;立方压腔;压腔受力分析;压强定量测量【作者】王海阔;任瑛;贺端威;许超【作者单位】河南工业大学材料科学与工程学院, 材料压处理研究所, 郑州 450001;河南工业大学材料科学与工程学院, 材料压处理研究所, 郑州 450001;四川大学原子与分子物理研究所, 高压科学与技术实验室, 成都 610065;武汉科技大学理学院, 武汉 430065【正文语种】中文将六面顶压机立方压腔内置入电路,采用原位电阻测量确定Bi,Tl,Ba相变的方法,标定了压腔内不同位置的压力(强).通过标定立方压腔顶锤表面的压力并结合计算,分别得到了外部加载与压腔密封边受力以及合成腔体受力的对应关系.实验分析结果表明,随着外部加载的增加,当腔体压力达到5 GPa时,消耗在压腔密封边上的加载急剧上升,消耗在合成腔体的加载趋于不变,从而导致立方压腔压力达到上限.利用实验结果,分析了立方压腔在高压下的受力状态,解释了立方压腔的压力难以超过7 GPa的原因.结合立方压腔的几何结构,通过理论分析,提出了采用高体弹模量的物质作为传压介质,同时采用低体弹模量的物质作为密封边提高立方压腔压力上限的可行方案.通过定量标定叶腊石压腔轴向的压力梯度,给出了压腔内沿对称轴不同位置压力值的计算方法,此方法可为高压实验提供更精确的压力数据.压力(强)类同于温度与化学组分,是决定物质存在状态与导致结构物性改变的基本热力学要素之一.高压科学与技术可广泛应用于物理学、材料学、化学、地学与行星科学等领域［1−9].高压实验技术是进行高压下材料合成及物性研究的物质基础.高压实验技术分为静高压技术与动高压技术,其中静高压实验技术又分为大腔体(样品尺寸大于1 mm3)静高压技术与小腔体静高压技术(如:金刚石对顶砧).金刚石对顶砧可产生高于600 GPa的压力［10],并可与同步辐射光源等实验手段结合,对物质在极高压力条件下的结构和物性行为进行原位观测［8,11−14],但金刚石对顶砧装置的样品腔直径一般只有几个到几百微米.大腔体静高压装置一般可分为一级大腔体静高压装置与二级(或多级)大腔体静高压装置.应用最广的二级(或多级)大腔体静高压装置通常又称八面体压机,由八个二级顶锤和八面体传压介质组成的二级(末级)增压单元置于一级(前级)压腔内产生高压,若采用硬质合金二级顶锤,可产生的最高压强约为25 GPa［15],若采用多晶金刚石二级顶锤,压强极限可提高至80 GPa以上［16,17].一级大腔体静高压装置主要包括两面顶与多面顶压腔装置［18−20].两面顶压腔装置如:凹曲面压腔、年轮式压腔、柱塞式压腔所能产生的最高压强分别约为15,8,5 GPa［12−26],其中凹曲面压腔与柱塞式压腔多用于科学研究,年轮式压腔主要用于工业生产.一级多面顶压腔装置主要包括四面顶压机与六面顶压机.其中,四面顶压机已很少用于科研与生产;六面顶压机因具有操作方便、自对中性好、实验成本低等优点而被广泛应用于科研与生产领域,当六面顶压机顶锤作用面的面积大于20 mm× 20 mm时,其可产生的压强一般不超过7 GPa［27,28],采用叶腊石与氧化镁混合组装及顶锤-预密封边加压系统可将六面顶压腔的最高压力提升至约9 GPa［24,26].在六面顶立方压腔产生高压的过程中,传压介质经历了塑性变形(密封边形成前)及弹性形变(密封边形成后)的过程.理论模拟表明,六面顶压机压腔的力学结构是限制其产生更高压力的主要制约因素［28],在不同外部加载下,实验测量六面顶压机压腔密封边及合成腔体的受力情况,对设计可产生更高压力的新型立方压腔具有指导意义,而采用常规的压力标定方法测量六面顶压机立方压腔密封边及合成腔体的受力情况比较困难.另外,六面顶压机多采用固体叶腊石作为传压介质,固体传压介质内的压力场分布导致同一外部加载下压腔内不同位置的压力不同,为了获得精确的实验数据,需对六面顶压机压腔内不同位置的压力进行精确测量.本文将六面顶压机立方压腔内置入电路,通过标定压腔顶锤表面压力并结合计算,得到了六面顶立方压腔密封边、合成腔体的受力与外部加载的关系.利用这一实验结果,解释了六面顶压机常规压腔的压力难以超过7 GPa的原因,并给出了提高六面顶立方压腔压力的可行方案.另外,本文通过定量标定叶腊石立方压腔轴向的压力梯度,给出了立方压腔内沿对称轴不同位置压力值的计算方法,此方法可为高压实验提供更精确的压力标定数据.2.1 顶锤表面压力及压腔轴向压力梯度标定实验设计图1所示为六面顶压机的压腔系统.实验采用模压叶腊石(密度:2.65 g/cm3,北京门头沟)为传压介质,加压前在300◦C的温度下烘烤12 h.立方体传压介质的边长为32.5 mm,硬质合金顶锤作用面的边长为23.5 mm.为了测量顶锤表面(叶腊石压腔表面)的压力及定量测量传压介质内的压力梯度,叶蜡石立方体被加工成三部分,如图2所示.细丝状(直径约0.01 mm,铜箔间的距离约0.1 mm)的标压物质Bi,Tl和Ba 被放置在沿着立方体传压介质对称轴的片状传压介质表面中心(压标物质在不同位置受剪程度不同,剪应力对相变有影响,大压机压腔内的剪切力不大,忽略剪应力对相变压力的影响是大压机标压的常规做法).我们使用铜箔(厚度0.01 mm)作为导线与硬质合金顶锤相连(硬质合金顶锤与压机框架绝缘),电路连接如图2所示.固定电路后,三片传压介质组装成一个立方体(32.5 mm× 32.5 mm× 32.5 mm)放入六面顶压机压腔内.图2所示电路可同时监测压腔内不同位置的Bi,Tl或Ba的电阻变化,并由多通道记录仪的不同通道记录.当同一压腔内不同位置的Bi,Tl或Ba发生相变(电阻发生突变),对应的表压(外部加载力)同时也被多通道记录仪记录,这样,立方腔体表面及沿立方体压腔对称轴不同位置的压力与外部加载的关系就被确立.加压结束后使用千分尺测量标压物质两点间的距离,再算出相同外部加载下沿立方体传压介质对称轴不同位置的压力差,我们就可以得到叶腊石传压介质轴向的压力梯度,进而计算轴向各点的压力.2.2 顶锤表面压力分布均匀性及压腔轴向压力梯度分布均匀性的测量实验设计为了估算顶锤表面压力分布的不均匀性所引起的测量误差,我们把两个切成细丝状的铊放在叶腊石表面中心及与之相距8 mm的位置,以便测量高压下立方体叶腊石表面不同位置的压强是否相同(图3).为了估算沿立方体传压介质对称轴压力梯度的不均匀性所引起的误差,我们把三个切成细丝状的铊放在沿立方体传压介质对称轴的三个不同位置,以便测量在相同加载下沿传压介质对称轴不同区域压力梯度的差别.如图4所示,标压物质铊分别置于E点(传压介质表面中心),G点(传压介质体中心)和F点(传压介质表面中心和体中心连线中点).4个叶腊石片可组装成一个传压介质立方体,组合后A点和B点连接,C点和D点连接,从而使得整个电路成为通路.压力标定过程中,我们可以同时监测E 点、G点和F点的标压物质的电阻变化,从而建立传压介质压腔内三个不同点的压力与外部加载的关系.3.1 顶锤表面压力及立方压腔体中心压力标定结果实验采用金属Bi在2.55 GPa、Tl在3.67 GPa、Ba在5.5 GPa的高压相变(电阻突变)［29]对沿叶腊石立方传压介质对称轴的表面中心和体中心压力进行标定.图5、图6和图7分别为我们获得的沿叶腊石立方体传压介质对称轴的表面中心和体中心Bi,Tl,Ba的典型电阻与外部加载的关系.表1列出了标压物质Bi,Tl,Ba沿着叶腊石立方体传压介质对称轴的表面中心和体中心的相变压力与外部加载的对应值.由表1可知,对于同一标压物质的相变点,置于表面中心的标压物质要早于置于体心的标压物质发生相变;随着腔体压力的增加,压腔内不同点相同标压物质发生相变的油压差也在增大,这表明压腔内的压力梯度随着腔体压力的增加而增大.3.2 顶锤表面压力分布均匀性及压腔轴向压力梯度分布均匀性测量结果图8所示为叶腊石立方体传压介质表面(忽略压腔表面叶腊石薄片的厚度)不同位置Tl的电阻与外部加载的关系.由图8可知,位于叶腊石立方体传压介质表面中心的Tl 丝及与之相距8 mm(由于叶腊石的流动,卸压后两个Tl丝相距8.5 mm)的Tl丝发生相变时所对应的外部加载均为2.97 MN,表明在相同外部加载下,六面顶压腔系统顶锤表面不同位置的压力基本一致.图9所示为沿叶腊石立方体传压介质对称轴不同位置Tl的电阻与外部加载的关系.由图9可知,位于叶腊石立方体传压介质表面中心(E点)与体心(G点)连线中点(F点)的Tl的相变(3.67 GPa II–III)发生时所对应的外部加载为3.25 MN,在这个加载下,E 点和G点所对应的压力分别为3.94和3.43 GPa(见图11).由此我们可以得到E点和F点之间的平均压力梯度约为39.7 MPa/mm≈ [(3.94−3.67)×1000 MPa/6.8 mm],F点和G点之间的平均压力梯度约为35.3 MPa/mm≈[(3.67−3.43)×1000 MPa/6.8 mm].如图12所示,本文给出的叶腊石立方体沿对称轴的平均压力梯度是37.5 MPa/mm≈ [(3.94−3.43)×1000 MPa/13.6 mm].由以上分析可知,沿叶腊石传压介质立方体对称轴压力梯度的不均匀性所引起的实验误差约为6%.3.3 加压后叶腊石表面中心与体心两点之间距离的测量在7.3 MN的外部加载下,叶腊石体中心的压力约为5.5 GPa,卸压后立方体传压介质的边长为27.9 mm(实验均在低于7.3 MN的外部加载下进行).在2.0 MN的外部加载下,叶腊石体中心的压力约为2.55 GPa,卸压后测量叶腊石立方体的边长为28.1 mm(实验均在高于1.7 MN的外部加载下进行).由于测量压力梯度的试验中外部加载不会超过7.3 MN,所以叶蜡石立方体的边长在卸压后大于27.9 mm;由于实验过程中叶腊石腔体压力均超过了2.55 GPa(对应外部加载超过了2.0 MN),所以叶蜡石立方体的边长卸压后小于28.1 mm.如图2所示,为了保持顶锤与叶腊石压腔表面中心标压物质绝缘,将一厚约为0.6 mm的叶腊石薄片置于压腔表面,在2.0—7.3 MN的外部加载下,卸压后叶腊石薄片的厚度变为0.5 mm.结合以上测量数据,本文中加压后叶腊石表面中心到体心的距离可表示为(28/2−0.5)mm=13.5 mm.卸压后叶蜡石传压介质立方体的边长会有微小的增加,分析表明,由此而引起的实验误差小于1.1%［25].六面顶压机加载过程中,六个顶锤挤压传压介质使部分传压介质分布到六个顶锤之间充当密封边,此过程传压介质及密封边区域均以塑性形变为主,这个过程末的腔体压力可达到约2 GPa,我们把这个过程称为阶段一.继续对压腔系统加压,密封边受到挤压且伴随少量流动而变薄,与此同时压腔体积也会变小,此过程只有少量传压介质流到顶锤之间充当密封边,压腔传压介质区域以弹性变形为主,密封边区域弹性变形与塑性形变同时存在,这个过程末的腔体压力可达到约5 GPa,我们把这个过程称为阶段二.之后,密封边停止流动,传压介质及密封边均以弹性变形为主,由于密封边已经很薄且基本不再流动,致使继续增加外部加载也难以推动顶锤继续前进对压腔区域施加压力,这个过程末的腔体压力最高可达到约6 GPa,我们把这个过程称为阶段三.如图1所示,六面顶压机加载过程中外部加载主要消耗在密封边与合成腔体两个区域,由于压腔表面的压强已经被标定且压腔表面的压力分布基本均匀(压力标定实验结果见图8),作用在压腔表面的加载力大小可用公式表示为因在高压下作用在立方压腔的每个顶锤形成4个密封边(图1为剖面示意图,只给出了2个密封边),且作用在每个密封边上的力的大小相等,所以作用在密封边区域总的加载力大小可以用公式表示为式中,F1为作用在合成腔区域的加载力,其中,P为立方压腔表面的压强,S为顶锤作用面面积(23.5 mm×23.5 mm);F2,F3为作用在单个密封边的加载力;Fs为作用在密封边区域总的加载力;F为外部总加载力.图10为六面顶立方压腔密封边、合成腔体的受力与外部加载的关系.实验分析结果表明,随着外部加载的增加,消耗在立方压腔密封边上的加载急剧上升(曲线斜率变大),与此同时,消耗在合成腔体的加载增加缓慢(曲线斜率变小).腔体压力达到6 GPa 之后,所增加的外部加载大部分都消耗在密封边区域,致使腔体压力增加缓慢,继续增加外部加载会达到硬质合金的屈服强度而使顶锤碎裂导致实验失败.我们的实验给出了六面顶压机立方压腔的压力难以超过7 GPa的原因.为了提高立方压腔的压力,首先要找出提高腔体压力的途径,为此我们提出了六面顶压机立方压腔增压的理论模型［26],找到了提高六面顶压机立方压腔压力的途径.由上文分析可知,从阶段三开始,腔体传压介质区域以弹性形变为主,立方压腔的压力增加量可以表示为其中,dP为压腔区域的压力增加量;K为压腔系统常数,其大小与加压系统的顶锤硬度、几何尺寸等有关;B为传压介质的体弹模量;dV为压腔传压介质的体积在外部加载力作用下的减小量;V为压腔传压介质体积［30].如图1所示,腔体传压介质可分为样品区域与密封边区域,样品区域的压力增加量可表示为密封边区域的压力增加量可表示为式中B1和B2分别为样品区域传压介质和密封边区域密封边的体弹模量,dV1为样品区域传压介质的体积在外部加载力作用下的减小量,V1为样品区域传压介质体积,dV2为密封边区域传压介质的体积在外部加载力作用下的减小量,V2为密封边区域传压介质的体积.由于六面顶压机的6个顶锤前进距离有限,导致立方压腔的体积变化量不大(见图1),无法通过一直压缩立方压腔的体积而产生更高的压力,从(3)—(5)式可知,除了通过减小传压介质的体积来提高腔体压力,还可得到提高立方压腔压力的另一有效途径,可选用体弹模量相对高的材料作为传压介质来提高样品腔区域的压力dP1;与此同时,可选用体弹模量相对低的材料作为密封边来降低dP2,另外,顶锤的硬度及压腔系统的几何尺寸也是影响样品腔体压力的关键因素(可以改变(3)—(5)式中系数K值),也可以通过选用硬度更高的顶锤和设计更佳的压腔几何尺寸来提高样品腔的压力.我们以此模型为基础,分别设计了叶腊石与氧化镁混合组装及顶锤-预密封边加压系统,将六面顶压腔的最高压力从6 GPa提升至约9 GPa ［24,26].以上六面顶压机立方压腔增压的理论模型,可推广至正四面体压腔和正八面体压腔.图11所示为立方压腔表面中心压力及腔体中心压力与外部加载的关系.由图11可知,在相同加载下叶腊石传压介质表面中心的压力要明显高于叶腊石传压介质体中心的压力,这种差距随着外部加载力的增加而增加.在相同加载下,由表面中心的压力(Ps)减去体中心的压力(Pc)和表面中心与体中心的距离(L)之比,可以得到传压介质内的压力梯度.用公式可表示为(6)式中G表示沿传压介质对称轴的压力梯度.如果以传压介质表面中心的压力作为横坐标,以压力梯度作为纵坐标,可以得到腔体内对称轴压力梯度与腔体压力(样品腔表面中心的压力)的对应关系.图12所示为沿着立方压腔对称轴的压力梯度与腔体压力的对应关系.由图12可知,压腔内沿对称轴的压力梯度随着腔体压力的增加而增加.压腔内传压介质表面中心的压力已知(见图11),且沿压腔对称轴的压力梯度分布基本均匀(见压力标定实验结果图9),那么沿立方压腔对称轴在某一点的压强用公式可表示为其中,Pa为沿立方叶腊石压腔对称轴在某一点的压强,Ps为立方压腔表面中心的压强,L1为卸压后该点距表面中心的距离.由于高压实验中样品合成腔体沿立方压腔的对称轴设计,该测量方法可为高压实验提供精确的压力数据.此方法不仅适用于叶腊石传压介质,还可推广至氧化镁、三氧化二铝等固体传压介质中.本文通过标定六面顶立方压腔顶锤表面的压力并结合计算,得到了压腔密封边、合成腔体的受力与外部加载的关系.解释了六面顶压机立方压腔的压力难以超过7GPa的原因,给出了提高六面顶立方压腔内压力的可行方案.通过定量标定叶腊石立方压腔轴向的压力梯度,给出了一级压腔内不同位置压力值的计算方法,此方法可为高压实验提供更精确的压力标定数据.[1]Irifune T,Kurio A,Sakamoto S,Inoue T,Sumiya H 2003Nature421 599[2]Qin J Q,He D W,Wang J H,Fang L M,Lei L,Li Y J,Hu J,Kou Z L,Bi Y2008Adv.Mater.20 4780[3]Tian Y J,Xu B,Yu D L,Ma Y M,Wang Y B,Jiang Y B,Hu W T,Tang C C,Gao Y F,Luo K,Zhao Z S,Wang L 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010702[15]Liebermann Robert C,Wang Y B 1992High-PressureResearch:Application to Earth and Planetary Sciences(WashingtonDC:AGU)p19[16]Tange Y,Irifune T,Funakoshi K 2008High Press.Res.28 245[17]Kunimoto T,Irifune T 2010J.Phys.:Conf.Ser.215 02190[18]Sung C M 1997High Temp.High Press.29 253[19]He D W,Wang H K,Tan N,Wang W D,Kou Z L,Peng F 2010Chinese Patent ZL201010142804.7(in Chinese)[贺端威,王海阔,谭宁,王文丹,寇自力,彭放2010中国专利ZL 201010142804.7][20]WangHK,HeDW2011ChinesePatentZL201110091480.3(in Chinese)[王海阔,贺端威 2011中国专利ZL 201110091480.3][21]Li Z C,Jia X P,Huang G F,Hu M H,Li Y,Yan B M,Ma H A2013Chin.Phys.B22 014701[22]Yu G,Han Q G,Li M Z,Jia X P,Ma H A,Li Y F 2012Acta Phys.Sin.61 040702(in Chinese)[于歌,韩奇钢,李明哲,贾晓鹏,马红安,李月芬2012物理学报61 040702][23]Khvostantsev L G 1984High Temp.High Press.16 165[24]Wang H K,He D W,Tan N,Wang W D,Wang J H,Dong H N,Ma H,Kou Z L,Peng F,Liu X,Li S C 2010Rev.Sci.Instrum81 116101[25]Wang H K,He D W,Yan X Z,Xu C,Guan J W,Tan N,Wang W D 2011High Press.Res.31 581[26]Wang H K,He D W 2012High Press.Res.32 186[27]Fang L M,He D W,Chen C,Ding L Y,Luo X J 2007High Press.Res.27 367[28]Han Q G,Ma H A,Zhou L,Zhang C,Tian Y,Jia X P 2007Rev.Sci.Instrum.78 113906[29]Andersson G,Sundqvist B,Backstrom G 1989J.Appl.Phys.65 103943[30]Daniels W B,Jones M T 1961Rev.Sci.Instrum.32 885PACS:07.35.+k DOI:10.7498/aps.66.090702Large volume cubic press is one of the most popular high pressure devices which can produce pressures up to about 7 GPa.It is well known experimentally that the enhancing of the maximum pressure generated in the large volume cubic press has attracted wide attention among scientists and engineers because the higher pressure is capable of synthesizing some materials with interesting properties.In the large volume cubic press,pyrophyllite is typically used as a pressure-transmitting medium.A specimen immersed in such a solid experiences a generalized stress state.The pressure distribution in pyrophyllite is an important parameter for characterizing the sample environment and designing the experiments at high pressure.There is a need for the quantitative measurement of pressure gradients in the pyrophyllite pressure medium,so that the accurate experimental data under high pressure can be obtained.In the large volume cubic appa ratus(6×8 MN),we put a circuit into the high pressure cubic cell,so that the pressures at various positions can be measured by using the phase transitions in Bi,Tl and Ba.In the present work,the relationship between the total press load and the press loadallocated to the anvil face,and the relationship between the total press load and the press load allocated to gaskets are established at room temperature.The results show that with the increase of the total press load,the load allocated to the gaskets is increased sharply,while the curve of load allocated to the anvil face versus total press load reaches a plateau,which results in the cell pressure reaching upper limit when the cell pressure reaches up to about 5 GPa.According to the experimental results,the stress state of the cubic cell under high pressure is analyzed and the reason why the pressure generated in the large volume cubic chamber is difficult to exceed 7 GPa is explained.Based on the geometrical structure of the cubic cell,the scheme to increase the upper pressure limit for cubic cell by using the material with high bulk modulus as the pressure transmitting medium and the material with low bulk modulus as the gasket,is proposed.Additionally,the method of calculating the pressure values at di ff erent positions along the axis of symmetry in the cubic cell is given through the quantitative calibration of the pressure gradient in the axial direction of the cubic cell.This method can provide more accurate pressure data for high pressure experiments.。
同步辐射光源简介
第20卷第2期2006年3月常熟理工学院学报Journal of Changshu Institute of TechnologyVol.20No.2Mar.2006同步辐射光源简介谭伟石1,蔡宏灵2,吴小山2(1.南京理工大学理学院应用物理系,江苏南京 210094;2.南京大学固体微结构实验室,江苏南京 210093)摘 要:简要介绍了同步辐射概念、同步辐射光源的特点及我国同步辐射光源发展的现状。
关键词:同步辐射光源;同步辐射特点;发展现状中图分类号:TL8O43 文献标识码:A 文章编号:1008-2794(2006)02-0097-05 著名的物理学家杨福家先生概括了人类文明史上影响人类生活的光源的进展,分为四类[1]:第一类光源是1879年美国发明家爱迪生发明的电光源。
不言而喻,人类现在的生活与文明离不开电光源,它使人类战胜了黑暗。
第二类光源是1895年德国科学家伦琴发现的X射线源。
“X”是“未知”的符号,但是这种神秘莫测的、肉眼看不见的X光从被发现的时候就展现了它的魅力和对人类的巨大影响。
第三类光源是20世纪60年代美国与前苏联一批科学家创造的激光光源。
目前激光的应用已经进入千家万户。
如我们家庭中的激光唱片,超市的收款机所用的激光扫描器等,当然也有用于激光核聚变的大功率激光设备等,对人类的生活带来了巨大变化。
第四类光源就是同步辐射光源。
1947年在美国纽约州Schenectady市通用电气公司实验室的一台能量为70Me V的同步加速器上,首次观察到一种强烈的辐射,这种辐射便被称为“同步辐射”。
同步辐射是速度接近光速的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射。
由于同步辐射消耗了能量,妨碍了高能粒子能量的提高,所以当时一直被认为是个祸害,没有得到重视。
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,可用于其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。
北京高压科学研究中心上海分中心主任陈斌研究员高压纳米研究先行探索者
INNOVATING TA LEN T | 列新达人北京高压科学研究中心上海分中心主任陈斌研究员:高压纳米研究先行探索者■文/杜浩钓2014年5月，北京高压科学研宄中心（简称HPSTAR)正式成立，美国科学院院士、中国科学院外籍院 士毛河光先生担任主任。
毛河光是2012年由中组部正式批 复，通过创新团队项目引进的高科技人才。
HPSTAR以“自由、顶尖、合作”为核心精神，致力于高压科学与技术的研 究，主要研宄领域包括高压物理学、高压化学、超硬材料、行星与地球物理、高压纳米科学、高压功能材料、高压能源、高压技术、高压同步辐射源9大研宄方向，力争打造成为未 来世界压缩科学的研宄中心。
正所谓“一呼百应”。
许多国内外顶尖人才纷纷加盟 HPSTAR,陈斌就是其中的一位。
2014年，也就是HPSTAR 成立的那一年，在美国学习生活了 18年的陈斌，回国入职 了HPSTAR,现任北京高压科学研究中心上海分中心主任。
在这里，他可以“不受限制”地做科研、做最前沿的研究，并通过研究工作保持高端的国际合作，让自己的研宂成果引 领前沿。
陈斌，中央第H批创新长期项目特聘专家，2001年 博士毕业于美国堪萨斯密苏里大学，2002—2008年先后2020年第20期•中国高新科技7f d 新达人 | INNOVATING TALENT曾在伯克利国家实验室（美）工作任职于奥兰多CREOL 光学中心和加州大学柏克利分校， 2008—2014年在劳伦斯伯克利同步辐射光源担任束线研究 员。
2014年，他顺从自己的内心召唤，风尘仆仆地赶回祖国， 也带回了自己多年的科研经验和合作资源。
借鉴地学矿物研究技术专注高压纳米材料陈斌长期从事高压纳米研宄，主要是探索纳米材料尺 寸、掺杂、表面环境和外部极端条件对结构与物性的影响。
早在2007年，陈斌就发现了表面杂质抑制纳米材料粗化和 相变的物理机制，该项成果发表于国际期刊《物理评论快报》 上。
纳米材料己经广泛应用于催化剂和光伏产品中，但纳米 晶粒在高温条件下容易长大，发生相变，进而影响其原有性 能。
纤锌矿纳米CuInS2高压下晶体结构及物性研究
中文摘要纤锌矿纳米CuInS2高压下晶体结构及物性研究论文作者：叶梅艳指导教师：朱品文教授专业名称：凝聚态物理AⅠ-BⅢ-CⅥ2系列化合物中，CuInS2半导体材料因为具有可调谐吸收带隙（1.1-1.5 eV）、较高的吸收系数、光致发光和强烈局域表面等离子振荡等优异性质，在光伏电池、LED、生物大分子荧光标记和非线性光学器件等领域具有巨大的应用潜质而备受关注。
CuInS2化合物在自然界中以黄铜矿结构存在，在高温下可以获得闪锌矿和纤锌矿两种亚稳相结构，降温后又回到黄铜矿结构。
除了化学方法以外，高压可以改变原子间距和电子结构，调节物质的物理化学性质，获得其他手段不能获得的新结构、新现象和新性质。
在压力作用下，黄铜矿CuInS2展示丰富的结构相变，并发现压力可以有效调控其光学、电学等性质。
近几年发现纤锌矿纳米CuInS2亚稳相可以稳定存在于常温常压下，但其高压下结构稳定性以及压力调控的物理化学性质仍不清楚。
本论文首先通过热注入法成功制备亚稳相纳米尺寸纤锌矿CuInS2（P63mc），利用金刚石对顶压砧（DAC）装置，将高压技术与同步辐射X光衍射、吸收光谱、直流电阻率和光电流测试相结合，系统研究其高压下结构稳定性以及压力调控下样品光学性质、电学性质和光电性质的变化，得到以下研究结果：1.利用热注入法成功制备了亚稳相纳米纤锌矿CuInS2，XRD图谱精修拟合确定其为六方相结构，空间群为P63mc；通过谢乐公式得到其晶粒大小约为20 nm。
TEM测试结果显示样品形貌为六方形薄片，结晶性较好。
EDS测试结果显示元素比例为27.42%、24.64%和47.94%。
XPS测试结果显示元素比例为28.90%、23.96%和47.14%，与EDS测试结果几乎相一致。
2.原位高压同步辐射X光衍射结果显示：10.3 GPa处发生无序相纤锌矿CuInS2（P63mc）向无序相岩盐矿CuInS2（Fm-3m）结构转变；在17.2 GPa 完全转变为Fm-3m结构，并保持至50.2 GPa。
高压下同步辐射XRD研究概述
高压下同步辐射XRD研究概述作者：刘明坤王红宇王浩何亮来源：《科学与财富》2020年第26期摘要：本文对同步辐射光源的发展历程做了简要的介绍，对高压下的同步辐射XRD装置和原理也进行了概述，同时也介绍了作者在同步辐射XRD研究中取得的一些成果。
关键词：同步辐射;金刚石对顶砧;X射线衍射高压下同步辐射XRD的研究意义物质存在的状态可以用三个基本状态参数来定义，分别是压力，温度和成分。
单就压力而言，物质在压力的作用下，最直观的表现就是物质的原子间间距会缩小，进而导致原子的结构和电子壳层状态发生改变。
因此在高压环境下，常压下的物质会在结构，性能上出现新的表达。
高压科学打开了材料研究中一扇新的大门。
对于物质结构的研究来说，X射线衍射（XRD）是最直接的一种研究手段。
其中，在高压学科中，由于特殊的高压装置和样品量的限制，在高压的极端条件下对物质结构进行研究就需要利用同步辐射光源中的X射线光源。
因此高压下同步辐射XRD研究一直以来都被人们作为一种重要的技术手段，用以对高压下的物质结构进行探测研究。
同步辐射光源的发展对于高压条件下的物质研究而言，要利用到特殊的高压实验装置——金刚石对顶砧装置。
其装置示意图如图1 所示。
对于金刚石对顶砧装置来说，样品填装的区域由图1 中5 所示，这个区域的体积很小，一般为几百微米。
因此，由于样品量很小，如果使用普通的X光机对样品进行结构的测定，那么在信号的强度，测试的时间以及X光的发散度上都会为测试带来极大的不便。
同步辐射光源，由于其良好的发射度，亮度，相干性等性能，可以完美地解决上述问题。
并且，随着同步辐射装置的不断发展，同步辐射光源在发射度，亮度，相干性等方面得到了不断地完善，进而导致同步辐射X射线光源也都具备了愈加优异的性能，能够满足研究上越来越多的目的。
同步辐射光源的发展由最初的第一代同步辐射光源，经历了第二代和第三代的优化改进后，目前已经发展到了现今的第四代同步辐射光源。
制作高压压砧的新材料--碳化硅宝石
制作高压压砧的新材料--碳化硅宝石谢鸿森;徐济安;周文戈【摘要】介绍了碳化硅的一些背景资料,以及人工合成碳化硅宝石的基本原理,说明了碳化硅宝石的主要物理性质.并对碳化硅宝石作为金刚石的替代品,制作成的碳化硅压腔在完成超高压高温实验方面的优势和应用前景进行了评述.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2004(018)001【总页数】3页(P1-3)【关键词】碳化硅宝石;高温高压;碳化硅压腔【作者】谢鸿森;徐济安;周文戈【作者单位】中国科学院地球化学研究所,贵州,贵阳,550002;Carnegie Instituteof Washington,5251 Broad Branch Road,N.W.,Washington D.C.20015,USA;中国科学院地球化学研究所,贵州,贵阳,550002【正文语种】中文【中图分类】P313;O521.21 引言碳化硅(SiC)也称为碳硅石。
由于碳化硅在硬度、折光率等方面都与金刚石非常接近，大颗粒的碳化硅单晶也可作为宝石使用。
天然的碳化硅产出极少而且颗粒很细，不可能成为碳化硅宝石的来源。
最早的细粒天然碳化硅晶体是1904年法国化学家Moissan从Canyon Diablo铁陨石中分离出来的，其英文名称——Moissanite也由此而来[1]。
后来，在许多球粒陨石中也分离出了微米或更细的碳化硅晶体[2]。
人工合成细粒碳化硅已有百年以上的历史，最早可追溯至1893年。
为了进行人工合成金刚石实验，Acheson将碳电极产生的电弧通过了碳和熔融粘土(铝硅酸盐)的混合物，结果在产物中偶然发现了细粒碳化硅晶体，并预言它在制作磨料方面有一定的前景。
后来，Acheson又用碳和SiO2砂作原料合成出较好的黑色碳化硅集合体，他的这种合成方法被称为“Acheson法”。
目前，工业合成碳化硅的方法仍延用了“Acheson法”的主要原理，使用的主要原料为石油焦或无烟煤与二氧化硅砂的混合物，再加以少量锯末及食盐。
cul边同步辐射软线 -回复
cul边同步辐射软线-回复什么是边同步辐射软线（cul）？边同步辐射软线（cul）是一种新型的、在同步辐射光源边同步辐射实验室中使用的高压软线。
它的独特设计使其能够承受高压和高温，并具备边同步辐射实验中所需的其他特性。
边同步辐射软线的结构和原理边同步辐射软线的结构由导电屏、绝缘层、电子束屏蔽层和外层护套组成。
导电屏和电子束屏蔽层的设计是为了在高压电压和辐射环境下提供良好的电气性能和辐射屏蔽效果。
而绝缘层的作用是防止电压泄露和电击。
边同步辐射软线的工作原理是将高压直流电源连接到导电屏上，通过导电屏将电流引入电子束屏蔽层，从而产生辐射。
由于绝缘层的防护，导电屏和电子束屏蔽层之间不会有电流泄漏或漏电等现象。
边同步辐射软线的特性和应用领域边同步辐射软线作为高压软线的一种，具备一定的特性和应用领域。
首先，边同步辐射软线的特性之一是它能够承受高压和高温。
在同步辐射实验中，通常需要提供高电压和高功率，以产生足够强度的辐射。
边同步辐射软线的设计使其能够在这些高压和高温下工作，而不会受到损坏。
其次，边同步辐射软线的特性之二是它具备良好的辐射屏蔽效果。
在同步辐射实验中，为了保护实验人员和设备不受到辐射的影响，需要使用辐射屏蔽材料和结构。
边同步辐射软线的导电屏和电子束屏蔽层的设计使其能够有效地屏蔽电磁辐射。
最后，边同步辐射软线的特性之三是它具备较长的使用寿命。
边同步辐射软线采用优质材料制造，经过严格的生产和检测，具备较高的耐压、耐磨和耐腐蚀性能。
这使得边同步辐射软线能够长时间稳定地工作。
边同步辐射软线广泛应用于同步辐射实验和研究。
同步辐射实验是一种使用同步辐射光源的实验，在物质结构分析、材料表征、生物医学研究等领域有广泛的应用。
边同步辐射软线作为其中的一部分，为这些实验提供了必要的高压和辐射特性。
总结边同步辐射软线是在同步辐射实验中使用的一种新型高压软线，具备承受高压和高温、有效屏蔽辐射和较长使用寿命的特性。
它被广泛应用于同步辐射实验和研究中，为这些实验提供了必要的高压和辐射特性。
同步辐射技术简介及其应用
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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
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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
4
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。
9
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
8
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。
AlN纳米线高压相变的Raman光谱特征
Ｒ ｍａ 光谱是表征晶体结构及其变 化的一种重要手段 ， ａ ｎ
金 刚 石 对 顶砧 （ｉ ｎ ｎ ｉｃｌ Ａ 超 高 压 实 验 技 术 与 ｄ ｍｏ ｄａｖｌ ｅ ，Ｄ Ｃ） ａ ｌ
激光显微 Ｒ ｍａ ａ ｎ光谱测试 方法相结 合 ，为高压下 晶体结 构 相变研究提供 了一种有效途径 。目前 ， Ａ１ 对 Ｎ的高压相 变研 究主要采用 同步辐射 Ｘ射线衍射原位测量方法 ，而利用 Ｒ — ａ
纳米线进行 了高压相变研究 。 ２ ． Ｐ 附近 ， （ ０ 振动模式呈现出较大的非对称性宽化的特征 ，表明 在 ４ ４Ｇ ａ Ａ Ｌ ） 发生了六角纤锌矿 到立方 岩盐矿 的结 构转 变。岩盐矿结 构 Ａ Ｎ纳 米线 的无 序声 子散 射导 致 了高压 相 的 １
Ｒ ｍａ ￣射信号 。 ａ ｎ 卸压后 ， 高压相的 Ｒ ｍ ｎ光谱特征被保 留下来 。根据纤锌矿结构 ＡＩ ａａ Ｎ纳米线 的振动模式
ＡＩ Ｎ纳米线的 Ｒ１ Ｒ ， 和 Ｒ ， ２ Ｒ３ ４四个散 射带的 Ｒ ｍａ 信 号 ａ ｎ
ｉ ． Ｆ ｇ １ Ｒａ ｎ ｓ ｅ ｔａ ｏ Ｎ ａ ｏ ｒ ｓ ｕ ｄ ｒｉ ｃ ｅ ｓｎ ｒ ｓ ｍａ ｐ ｃ ｒ ｆ ＡＩ ｎ ｎ ｗｉｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｐ ｅ — ｎ
沈龙海 ，李 倩 ，吴丽君 ，马艳梅 ，崔启 良
ｌ ＿沈 阳理 工 大 学 理 学 院 ， 宁 沈 阳 辽 １０ ５ １１９
２ ．吉林 大学超硬材料 国家重点实验室 ， 吉林 长春
１ ０ １ ３０ ２
摘 要
利用金刚石对顶砧（ Ｃ 技术 和显微 Ｒ ｍａ 光谱原位测量技术 ， Ｏ ３ １ＧＰ 压力范 围对 Ｎ ＤＡ ） ａ ｎ 在 ～３ ． ａ
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
什么是同步辐射
什么是同步辐射光是一种电磁波，也是一种粒子，叫做光子。
能够用波长或频率表征光波，也能够用能量表征光波。
光的波长可从10-4厘米到10-16厘米，相应于光子的能量为100电子伏到10E12电子伏。
波长越短，能量越高。
在雨中快速转动雨伞时，沿伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。
利用弯转磁铁能够强迫高能电子束团在环形的同步加速器以接近于光速作回旋运动，在切线方向会有电磁波发射出来。
接近光速运动着的电子或正电子在改变运动方向时放出的电磁波叫做辐射波，因为这一现象是在同步加速器上发觉的，因此称为同步辐射。
这种电子的自发辐射，强度高、覆盖的频谱范围广，能够任意选择所需要的波长且持续可调，因此成为一种科学研究的新光源。
同步辐射和常规光源的比较同步辐射光的特点高强度如用X光机拍照一幅晶体缺点照片，通常需要7-15天的感光时刻，而利用同步辐射光源只需要十几秒或几分钟，工作效率提高了几万倍。
高亮度的特性决定了同步辐射光源能够用来做许多常规广源所无法进行的工作。
宽波谱同步辐射从红外线、可见光、真空紫外、软X射线一直延伸到硬X射线（如图），是目前唯一能覆盖如此宽的频谱范围又能取得高亮度的光源。
利用单色器能够随意选择所需要的波长，进行单色光的实验。
高准直性利用同步辐射光学元件引出的同步辐射广源具有高度的准直性，通过聚焦，可大大提高光的亮度，可进行极小样品和材料中微量元素的研究。
脉冲性同步辐射光是由与贮存环中周期运动的电子束团辐射发出的，具有纳秒至微秒的时刻脉冲结构。
利用这种特性，可研究与时刻有关的化学反映、物理激发进程、生物细胞的转变等。
偏振性与可见光一样，贮存环发出的同步辐射光依照观看者的角度可具有线偏振性或圆偏振性，可用来研究样品中特定参数的取向问题。
同步辐射的历史、现状及进展同步辐射是速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时沿切线方向发出的电磁辐射——也叫同步光。
这种光是1947年在美国通用电器公司的一台70Mev的同步加速器中第一次观看到的，因此被命名为同步辐射，但对同步辐射的研究与熟悉并非从此开始，关于这种高速运动的电子的速度改变时会发出辐射的现象早就被人们所熟悉并经历了长期的理论研究，但要从实验上观看到这种辐射却不是一件容易的事，需要有以近光速运动的高能量电子，电子加速器的进展成为取得同步辐射的技术基础。
第四代同步辐射光源的光束线站及其应用
第四代同步辐射光源的光束线站及其应用
孙喆;李明
【期刊名称】《物理》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】随着第四代同步辐射光源的兴起,得益于X射线亮度和相干性的大幅度提升,同步辐射实验技术在谱学、散射和成像等方面取得了显著进步。
这些技术能够探测复杂非均匀体系和动态变化过程中的物质结构、成分、化学价态、电子态和磁性等关键信息,在基础科学领域和应用基础研究中发挥关键作用。
文章旨在介绍第四代同步辐射光源的线站技术优势,并结合具体例子探讨其在若干物理研究中的应用,同时也讨论了当前存在的工程技术挑战。
希望人们能够了解第四代同步辐射光源的光束线站的特点和应用潜力,以促进其在各个科研领域的推广。
【总页数】9页(P80-88)
【作者】孙喆;李明
【作者单位】中国科学技术大学国家同步辐射实验室;中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置
【正文语种】中文
【中图分类】G63
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高能同步辐射光源(HEPS)
高能同步辐射光源(HEPS)
佚名
【期刊名称】《山东交通科技》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】作为中国国家重大科技基础设施项目,HEPS如同一个超大号的X光机,能通过三级加速器将电子加速至接近光速,同时产生同步辐射光,利用同步辐射光穿透性强、高亮度、高强度和宽能谱等特点,可以“看清”微观世界,揭示物质微观结构生成及演化机制。
大科学装置HEPS于2019年6月启动建设。
2023年2月1日,HEPS储存环隧道设备安装正式启动。
2024年3月14日,HEPS取得又一项重要里程碑进展——其直线加速器满能量出束,成功加速第一束电子束,标志着HEPS 建设进入科研设备安装、调束并行阶段。
其建成后,将成为我国首台高能同步辐射光源,也是世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一,可以发射比太阳亮1万亿倍的光,有助于更深层次地解析物质微观结构和演化机制,为提升我国国家发展战略与前沿基础科学技术领域的原始创新能力提供高科技研究平台。
【总页数】1页(P125-125)
【正文语种】中文
【中图分类】F42
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同步辐射r空间在0到1的峰
同步辐射r空间在0到1的峰
同步辐射是一种物理现象，指的是当高能电子或其它粒子以接近光速运动时，会产生电磁辐射。
这种辐射由于特殊的波长和频率范围，被广泛应用于科学研究和技术领域。
在同步辐射中，R空间采用介于0到1的峰值范围。
在同步辐射实验中，R空间是一个重要的概念。
R空间描述了辐射波的幅度和方向的关系。
其中，0到1的峰值范围表示了辐射强度在不同方向上的变化。
更具体地说，当R空间中的数值接近0时，辐射强度集中在一个方向，而当数值接近1时，辐射强度则均匀地分布在各个方向上。
通过对R空间的分析，科学家可以获得有关辐射波的重要信息。
这些信息有助于研究同步辐射与物质相互作用的特性。
同时，对R空间的理解还可以指导同步辐射技术的优化和改进。
在实践中，科研人员可以通过调整仪器参数和样品的位置来控制R空间中峰值的位置和强度分布，从而满足特定实验需求。
综上所述，同步辐射中的R空间在0到1的峰值范围中具有重要意义。
对R空间的研究可以揭示辐射波的性质，而对峰值的控制则能够满足实验需求，进一步推动同步辐射技术的发展和应用。
同步辐射=XAFS？
同步辐射=XAFS?
同步辐射≠XAFS! ！同步辐射（SR）和X射线吸收精细结构（XAFS）是两个相关但不同的概念。
不少用户在做测试时，误认为同步辐射就是XAFS。
这里作简要介绍。
同步辐射：同步辐射是电磁辐射，通常是指接近光速的运动电子或正电子在磁场中弯转时放出的光。
最初在同步加速器上观察到，因此得名。
它覆盖从远红外到X光范围内的连续光谱，具有高强度、高准直、高极化和可精准控制的优异性能。
XAFS：XAFS是一种基于同步辐射的X射线吸收技术，通过检测透射或散射的X射线来获取样品的吸收光谱。
它可以提供原子的氧化态、化学配位以及其紧邻原子的配位数、种类、距离等信息。
图1 基于同步辐射的表征手段
可以简单理解为同步辐射是为XAFS提供光源。
基于同步辐射的XAFS测试一直都是珍贵紧俏的资源，原因之一是作为大科学装置的同步辐射光源，造价昂贵。
可以使用同步辐射光源的还有小角散射线站（SAXS）、广角略入射X射线衍射（GIWAXS）、配对分布函数（PDF）、同步辐射的XRD、高压XRD、原位拉伸压缩、X射线荧光光谱（XRF）、X射线光电子能谱（XPS）等。
下表总结了各种表征的测试内容。
两种传压介质下氟化锶的高压相变研究
两种传压介质下氟化锶的高压相变研究崔啟良;崔航;王婧姝;祝洪洋;吴晓鑫;张健【摘要】The high-pressure phase transition and decompression behaviorof SrF 2 with two pressure transmitting mediums have been investigatedby angle-dispersive synchrotron X-ray and Raman techniques .The pressure-induced fluorite structure to orthorhombic structure transition is observed at 5-6 GPa.Upon decompression ,the experimental data pointthat the transition from orthorhombic to cubic phase exhibits strong hysteresis .The hysteresis cannot be attributed to the pressure transmitting medium , which might be explained as the inherent sluggish nature of SrF2 .The phase transformation is reversible when the residual stress in sample is completely released upon decompression .From this work ,it will provide an important experimental data for the further study on the high pressure phase transition and physical properties of other alkaline earth metal fluorides .%采用高压拉曼实验技术和高压同步辐射技术对氟化锶的高压相变及卸压过程进行研究。
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高准直性 利用同步辐射光学元件引出的同步辐射广源具有高度的准直性， 经过聚焦，可大大提高光的亮度，可进行极小样品和材料中微量 元素的研究。
电子加速器
直线加速器
加速电子（或其它带电粒子）到高速度、高 能量的简单且直接的方法是高压型加速，增 大加速电压就能使电子加速到很高的速度或 能量，这种加速过程需要在高真空或超高真 空条件中进行。对于电子，其带电量为一个 电子电菏e，如要将电子加速到几十Kev的能 量就要用几十KV的电压，以此类推，在更高 的电压条件下，为避免高压击穿须采用强烈 的电感应来加速，而且必须在合适的相位范 围内使相位相同，否则不仅不能加速还会减 速。这种用高频高电压加速的粒子流在时间 上是一段一段的，脉冲式的，是很窄的粒子 流，成为一个个束团。为了利用高电压来加 速，人们把多个中空的金属筒有间隙的排列 在一条直线上，并将高压高频交流电源间隔 的耦合到各个圆筒上，各个圆筒之间存在高 电压，相位轮流相反，电子在圆筒之间被加 速。
The photo shows one undulator installed in a straight section of the storage ring (lower left), and another undulator being moved above the storage ring shielding to its final location in another part of the ring. The booster synchrotron to storage ring transfer line is visible in the lower right.
同步辐射光源是指产生同步辐射的物理装置。 第一代同步辐射光源是寄生于高能物理实验专用的高能对撞机的 兼用机；
第二代同步辐射光源是基于同步辐射专用储存环的专用机；
第三代同步辐射光源为性能更高且储存环之直线段可加装插件磁 铁组件之同步辐射专用储存环的专用机；
现在正在研究的自由电子激光器（free electron laser）则为新一 代的高强度光源设施。
APS 的直线电子加速器 北京同步辐射中心
电子加速器
回旋加速器和电子感应加速器 如果要用直线加速器得到很高的电子能量， 整个加速器要做的很长，很不经济。到了 20世纪20年代，回旋加速器（cyclotron）和 电子感应（betatron）相继发明，有了把电 子加速到极高能量的可能。回旋加速器是 利用高频感应电压给电子加速增能和用磁 场使带电粒子做绕圈运动这两种作用建立 起来的。电子在圆形环中运动，在加速间 隙得到加速，所运行的轨道半径也一步一 步增加，以达到加速增能的目的。电子感 应加速器是利用电子绕圈内的磁通变化所 感应出的电场来加速电子。电子手约束磁 场的作用基本以不变的半径绕圆圈，每绕 一圈就加速一回，由于电子的速度很快， 在不长的时间内绕的圈数很多，故能够得 到很高的能量。
几个知名的国际同步辐射光 etc …
同步辐射基础知识
0. 同步辐射的发展史
a. 同步辐射产生的机理
b. 同步辐射光源
c. 同步辐射光源的重要参数 d. 同步辐射的优点
同步辐射的发展史
同步辐射是1947年在美国通用电气公司的同步加速器中被观测到 的，刚开始被视为同步加速器加速电子的不利副产物。
目前世界上共有近70个同步辐射光源，我国有五个： 北京BEPC (G1)，合肥的HLS(G2)， 上海的SSRF(G3)，台湾的NSRRC(G3) 和TPS(G3)。
SSRF （China）
ESRF （France）
APS （USA）
Spring-8 （Japan）
同步辐射的组成部分：
电子发射器，电子加速器，电子储能环, 同步辐射光的产 生装置，同步辐射实验站
影响同步辐射光的：能量（分布），亮度，相干性等…
同步辐射光的产生
弯转磁铁 （bending magnet） 扭摆器（wiggler） 波荡器（undulator）
弯转磁铁 （bending magnet）
A bending magnet of ADONE
扭摆器（wiggler）和波荡器（undulator）
环形加速器
电子运行轨道 Spring-8 ?
电子加速器
同步加速器 1945年 McMillan和Veksler发明了同步加速装置。同步加速器由许多 C型磁铁环状排列而成，在磁铁中部安装了环型真空盒，在环的某 一段安装了高频高压加速器，电子就在真空盒内，在磁铁的作用下 做环状运动，经过高频时得到加速。为使加速后的电子仍以相同的 半径作环形运动，就要改变同步C形磁铁造成的约束磁场，这就是 同步加速器的由来。到了20世纪70年代中期，人们进一步认识到在 高能物理中用于对撞实验的电子存储环来发生同步辐射更合适，因 为电子在存储环中以一定的能量作稳定的回环运动，这与同步加速 器中的电子的能量不断改变的情况不同，因而能长时间的稳定的发 出同步辐射光。随着电子存储环能量的提高，所得同步辐射的波长 不断缩短，从紫外线或软X射线一直扩展到硬X射线。
同步辐射的应用
同步辐射实验站
单色器，聚焦镜，样品台，探测器 等等
单色器(x-ray 的能量)： Si, Diamond, Ge et… 聚焦镜（光斑大小）: K-B mirror, Zone plate, optical lens etc… 样品台: x,y,z etc… 探测器（信号/噪声）: CCD, image plate etc…
扭摆器（wiggler）,波荡器（undulator）
The brightest synchrotron light at the ALS comes from undulators (located in the straight sections of the storage ring) that contain over one hundred magnetic poles lined up in rows above and below the electron beam. The magnets force the electrons into a snake-like path, so that the light from all the curves adds together. Although they are about 4.5 meters long and weigh about 40,000 pounds, the undulators have to be built to extreme precision. Many of the design tolerances are approximately 50 microns, less than the width of a human hair. Wigglers are similar to undulators but have fewer magnetic poles.
高准直性 利用同步辐射光学元件引出的同步辐射广源具有高度的准直性， 经过聚焦，可大大提高光的亮度，可进行极小样品和材料中微量 元素的研究。
脉冲性 同步辐射光是由与储存环中周期运动的电子束团辐射发出的，具 有纳秒至微秒的时间脉冲结构。利用这种特性，可研究与时间有 关的化学反应、物理激发过程、生物细胞的变化等。
同步辐射在高压研究中的应用
王霖
课程内容
同步辐射基础知识。
a. 同步辐射产生的机理
b. 同步辐射光源
c. 同步辐射光源的重要参数 d. 同步辐射的优点
同步辐射科学实验技术及其在高压科学中的应 用、实验技术要素及数据处理。
a. X-ray衍射技术（白光，单色光；高能x-ray，纳米光束的应用 etc.） b. X-ray吸收光谱（NEXAFS ，EXAFS） c. X-ray三维成像技术（透射，相干成像 etc.） d. X-ray非弹性散射技术（x-ray Raman, XMCD etc.）
偏振性 与可见光一样，储存环发出的同步辐射光根据观察者的角度可具 有线偏振性或圆偏振性，可用来研究样品中特定参数的取向问题。
同步辐射光的特点
高强度 如用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十几秒或几分钟，工作效率提高了几 万倍。高亮度的特性决定了同步辐射光源可以用来做许多常规广 源所无法进行的工作。
脉冲性 同步辐射光是由与储存环中周期运动的电子束团辐射发出的，具 有纳秒至微秒的时间脉冲结构。利用这种特性，可研究与时间有 关的化学反应、物理激发过程、生物细胞的变化等。
偏振性 与可见光一样，储存环发出的同步辐射光根据观察者的角度可具 有线偏振性或圆偏振性，可用来研究样品中特定参数的取向问题。
同步辐射光的特点
高强度 如用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十几秒或几分钟，工作效率提高了几 万倍。高亮度的特性决定了同步辐射光源可以用来做许多常规广 源所无法进行的工作。
宽波谱 同步辐射从红外线、可见光、真空紫外、软X射线一直延伸到硬X 射线（如图），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。
电子储能环----厚铅皮包裹的高真空管
r
r的大小决定了电子的能量，同时也和最后发出的同步辐射x光的能量范围有关。
同步辐射参数
运行轨道中电子的能量、电流通量、电子束发射度等 BEPC: 2.2GeV 100 mA 76 nm.rad SSRF： 3.5 GeV 200 mA? 3 nm.rad APS: 7GeV 100 mA 2.5 nm.rad NSLS II: 3GeV 300 mA 0.5 nm.rad ---