原子物理学8-2

1、什么是同步辐射什么是同步辐射v微波：用来观察飞机、航母和飓风微波：用来观察飞机、航母和飓风v红外线：红外线： 用于夜视系统和飞弹追踪热源用于夜视系统和飞弹追踪热源v可见光可见光v紫外线：观察气体分子及凝聚态物理电子结构紫外线：观察气体分子及凝聚态物理电子结构vX光是研究晶体结构极佳的工具光是研究晶体结构极佳的工具v波长最短的伽玛射线：核物理研究波长最短的伽玛射线：核物理研究v同步辐射：覆盖了红外、可见、紫外和同步辐射：覆盖了红外、可见、紫外和X光波段光波段v广义的说，所有的电磁波都可以叫做光。同步广义的说，所有的电磁波都可以叫做光。同步辐射又可以称为同步光。辐射又可以称为同步光。同步辐射的由来

2、同步辐射的由来v1947年，年，GE在在70MeV同步加速器同步加速器 ( (synchrotron) )上首次观察到理论上首次观察到理论物理学家预言的一种辐射，起名物理学家预言的一种辐射，起名为为synchrotron radiation，即，即“同同步加速器辐射步加速器辐射” 。v最初，同步加速器辐射因损耗加最初，同步加速器辐射因损耗加速器能量和损害加速器部件，被速器能量和损害加速器部件，被科学家看作一种需要消除的副作科学家看作一种需要消除的副作用，直到用，直到20年后人们才发现它有年后人们才发现它有重要的用途。重要的用途。v中文翻译把同步加速器辐射简化中文翻译把同步加速器辐射简化为同步辐

3、射。为同步辐射。同步辐射的原理同步辐射的原理v实验物理和电动力学的基本结论实验物理和电动力学的基本结论: : 自由电子在作加速度运动时自由电子在作加速度运动时, , 将产生电磁辐射将产生电磁辐射 速率发生变化：在前向产生轫致辐射速率发生变化：在前向产生轫致辐射( (bremssthahlung) ) 方向发生变化：在切线方向产生方向发生变化：在切线方向产生同步辐射同步辐射( (synchrotron radiation ) )同步辐射的特点同步辐射的特点v高亮度：高亮度：同步辐射的亮度比最强的同步辐射的亮度比最强的X光管特征线亮度强万倍以上。用光管特征线亮度强万倍以上。用X光机拍摄一幅晶体缺陷

4、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，而利用天的感光时间，而利用同步辐射光源只需要几秒。同步辐射光源只需要几秒。 v宽波谱：宽波谱：覆盖了红外、可见、紫外和覆盖了红外、可见、紫外和X光波段，是目前唯一能覆盖这光波段，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。所需要的波长，进行单色光的实验。 v高准直：高准直：同步辐射的发射度极小，准直性可以与激光相媲美。同步辐射的发射度极小，准直性可以与激光相媲美。 v脉冲性：脉冲性：电子在环行轨道中的分布

5、不是连续的，是一团一团的电子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，即同步辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为束作回旋运动，即同步辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为100皮秒量级，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。脉冲间隔为微秒或亚微米量级，同步辐射具有时间结构。 v偏振性：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。参数的取向问题。同步辐射装置的基本构造同步辐射装置的基本构造合肥同步辐射装置：合肥同步辐射装置：800MeV同步辐射装置的基本构造同步辐射装置的基本构造电子枪电子枪

6、电子的源泉电子的源泉直线加速器直线加速器预加速预加速增强器增强器加速到满能量加速到满能量储存环储存环光束线光束线实验站实验站美国美国 APS 7GeV组成同步辐射装置的设备组成同步辐射装置的设备同步辐射的发展同步辐射的发展v第一代同步辐射光源第一代同步辐射光源 在核物理、粒子物理研究的空挡，在核物理、粒子物理研究的空挡，利用同步加速器所发射的同步光进行科学研究，称为寄利用同步加速器所发射的同步光进行科学研究，称为寄生方式，北京高能所同步辐射装置生方式，北京高能所同步辐射装置( (BSRF) ) 。 v第二代同步辐射光源第二代同步辐射光源 第一代同步辐射光源已不能满足第一代同步辐射光源已不能满足

7、研究需求，建立了用专门的装置产生同步光，例如合肥研究需求，建立了用专门的装置产生同步光，例如合肥同步辐射装置。同步辐射装置。 v第三代同步辐射光源第三代同步辐射光源 科学家发现在储存环中加入插入科学家发现在储存环中加入插入件可以使同步辐射的亮度再提高千倍以上，得到的同步件可以使同步辐射的亮度再提高千倍以上，得到的同步辐射主要来自插入件。具有高亮度、高时间分辨力和空辐射主要来自插入件。具有高亮度、高时间分辨力和空间分辨力等特点。台湾新竹的第三代同步辐射光源间分辨力等特点。台湾新竹的第三代同步辐射光源(SSRL)。同步辐射装置同步辐射装置日本日本Spring 8：第三代：第三代法国法国ESRF：第三代：第三代美国美国NSLS：第二代：第二代合肥合肥NSLS：第二代：第二代同步辐射应用同步辐射应用v同步辐射与物质的相互作用：同步辐射与物质的相互作用： 吸收，散射，二次粒子发射吸收，散射，二次粒子发射v空间分辨实验空间分辨实验 - X光显微术：光显微术： 物质的形态研究，结构研究，成分研究物质的形态研究，结构研究，成分研究v时间分辨实验：时间分辨实验： 分子间的振动，有序分子间的振动，有序无序的转变，酶作用