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。本项目组的成员已于2014年和2015年分别参加了“第三届两岸同步辐射学术研讨会”和“2015年BSRF用户学术年会暨专家会”，紧跟同步辐射技术和应用的前沿，积极与相关领域的领军学者交流学科进展，听取同步辐射应用的相关建议，目前已经有了一套应用同步辐射光源进行生物冶金研究的具体方案，并积极准备申报北京光源的重点课题。
2 同步辐射谱学技术
随着同步辐射光源的快速发展，各国学者探索出了大量常规、原位、超快的紫外、深紫外、软X射线、X射线谱学和成像技术，例如X射线吸收精细结构（XAFS）、X射线吸收近边结构（XANES）、小角X射线散射（SAXS）、同步辐射X射线衍射（SR-XRD）等大量X射线谱学技术，以及纳米、微米计算机断层成像分析技术（CT）、荧光成像技术（XRF）等成像技术。同步辐射在以矿物为研究对象的科学研究领域上已经得到了广泛的应用，例如其在表面科学、生物材料、生物地球化学、地球化学、环境科学与工程、材料科学、矿物学、考古学等诸多学科领域和学科交叉领域上的应用已经得到了长足发展，各个领域发表的与矿物研究相关的高水平文章已达400篇以上。
X射线衍射（XRD）技术是应用最广泛的X射线谱学技术之一，自其于上个世纪初成功地应用于固体晶体结构解析之后，XRD就成为了固体物理材料解析最为重要的工具。在晶体中其空间点阵可以按不同的方向划分为一簇平行而等间距的平面点阵，不同簇的点阵可以用点阵面指标或晶面指标（hkl）表示。不同簇的平面点阵具有不同的面间距d hkl，可以视为具有不同密度的光栅，X射线照射到这些光栅时会发生衍射，根据光栅衍射的公式可以推导出著名的布拉格方程：2d hkl sinθ=nλ；该公式指出了X射线波长、平面点阵间距和衍射角的关系，为应用XRD进行晶体结构解析的基本依据。XRD可以分为粉末衍射和单晶衍射两种应用方式，其中粉末衍射应用较为广泛，它可以给出固体结构在多晶凝聚态结构、晶体结
构、实际晶体微结构三个层次上的信息。由于粉末衍射将晶体的三维空间结构转化为一维信息，故会出现衍射峰重叠混淆的情况，常规光源的XRD的分辨率不够高无法将它们分辨，而同步辐射由于强度高、平行性好，可以大大提升分辨率达0.002°-0.05°，为常规光源的十倍以上。对粉末XRD得出的数据进行峰宽峰形、全谱拟合分析，可以获得晶体的空间群并进一步获得晶体结构，而且晶体的结晶度、晶粒大小、残余应力等结晶学参数和物相定量分析信息也可以得出。另外单晶衍射作为生物大分子结构的准确解析方法，是分子生物学领域不可替代的重要工具。利用相干X射线还可以实现衍射成像技术，重建样品的电子复面密度，解析电子对X射线造成的相移和吸收，该技术目前已应用于纳米颗粒的成像，并且实现了细胞以及染色体、病毒等生物大分子的三维成像，而今后将扩展到对细胞内部生物大分子的成像研究。
本项目利用同步辐射XRD技术对不同来源、不同成矿条件下的矿物进行矿物化学成分、结晶度、纯度、表面化学元素分布、晶格掺杂与缺陷、晶体结构与类型等矿物学性质进行详细解析。应用同步辐射μXRD技术进行矿物微区物相的定性表征，分析矿物中微量、痕量物相所占的比例和其分布。应用SR-XRD和μXRD技术解析生物冶金过程中的矿物溶解过程的中间产物。基于电化学原位检测装置，应用原位XRD等技术实现对界面电化学反应过程和反应产物的实时原位监测。
同步辐射XRD研究将在北京光源的4B9A实验站和上海光源的BL14B1线站上实施。BSRF的4B9A实验站也即衍射站，光束能量4-15keV，具有专用、兼用两种用光模式，可进行以下试验项目：X射线衍射(XRD)、X射线反射率（XRR）、小角散射(SAXS)、衍射异常精细结构（DAFS）、XAFS；主要应用于材料科学、纳米科学、催化能源、生物科学等学科领域。SSRF的BL14B1实验站也即Ｘ射线衍射光束线实验站，采用弯铁光源，光子能量在4-22keV的范围，定位于材料科学应用的通用衍射线站，以多晶粉末、薄膜、纳米材料等为主要研究对象，建成为以粉末晶体衍射实验方法为主，可同时开展纳米和表面材料的掠入射（反常）衍射（GIXAD）、反射率、倒易空间mapping、DAFS 测量等实验技术及动态过程等研究。
X射线吸收谱精细结构（XAFS）通常可以分成两个部分：扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）和X射线吸收近边结构（XANES）。EXAFS指的是吸收边后30-1000eV甚至更高能量范围内的振荡结构，而XANES指的是吸收边附近30-50eV范围内的精细结构。物质对X射线的吸收是一个光电离过程，原子吸收X光子后，内层电子被激发出来形成向外出射的光电子波，此波在向外传播过程中，受到邻近原子的作用而被散射，散射波与出射波的相互干涉改变了原子的电子终态波函数，导致在高能侧原子对X射线的吸收出现振荡现象，这就是XAFS的产生原理。由于XAFS技术具有对中心吸收原子的局域结构和化学环境敏感等特征，能够在原子尺度上给出某一原子周围几个邻近配位壳层的结构信息，包括配位原子的种类及其与中心原子的距离、配位数、无序度等，并且XAFS可以研究固态、液态和气体等几乎所有凝聚态物质的局域结构。得益于同步辐射光源的快速发展，和其所具有的高亮度、大范围连续波长可调、很好的偏振性和很小的发射角等优势，XAFS已实际应用于纳米结构材料、半导体材料、磁性材料、高温超导和巨磁阻材料、催化剂和太阳能电池材料、金属蛋白质等诸多类型材料的结构与电子态的解析中去。除了利用常规的透射XAFS研究方法外，荧光XAFS可以用于研究浓度为百万分之几的低浓度样品和几个原子层厚度的薄膜样品；磁XAFS可用于研究材料的电子自旋状态；高温和高压的原位XAFS可用于研究材料的相变过程；空间分辨的微区XAFS可用于研究材料的微区结构；时间分辨XAFS可用于研究反应的动力学等。
本项目利用同步辐射XANES等技术研究微生物在矿物表面的吸附、生物膜及其胞外多
聚物（EPS）的形成。应用XAFS和XANES技术研究中间产物的电子结构，解析矿物的价态变化和氧化还原反应历程，分析中间产物对矿物表面电荷传递与物质迁移的影响。应用原位XANES等技术实现对界面电化学反应过程和反应产物的实时原位监测。利用同步辐射XAFS和XANES技术研究生物冶金体系多元离子组分行为与机制，包括基本离子组元和实际矿石生物冶金体系伴生离子组元对硫化矿溶解过程的影响。
同步辐射XAFS、XANES等的研究将在北京光源的1W1B、4W1B实验站和上海光源的BL14W1线站上实施。BSRF的1W1B实验站也即XAFS实验站，光束能量4-29keV，具有专用、兼用两种用光模式，可进行以下试验项目：透射XAFS、荧光XAFS；主要应用于材料科学、纳米科学、生物医学、环境科学、化学化工、能源催化、人文考古等学科领域。BSRF的4W1B实验站也即X射线荧光微分析实验站，准单色光聚焦模式下光子能量为8-15keV，单色光聚焦模式下光子能量为5-18.5keV，使用专用用光模式，可进行以下试验项目：XRF、微区XRF、微区XAFS；主要应用于地质矿产、生物医学、环境科学、材料科学、人文考古、法学鉴定等学科领域。SSRF的BL14W1实验站也即Ｘ射线吸收精细结构谱线站，是一个基于多极wiggler光源(MPW)的通用、高性能X射线吸收光谱实验装置；本光束线站将主要用于高能量分辨、高光谱纯度和高信噪比的X射线吸收精细结构谱学研究，光子能量在聚焦模式下为4-22keV、非聚焦模式4-40kev，其主要技术指标如下：对于土壤环境样品和地质样品等有很多荧光本底的样品中的重金属元素的实际检测限可望接近10ppm；对于金属蛋白溶液样品，检测限可以达到20μM；通过调节wiggler的磁场强度，对于低浓度的K、Ca、V、Ti等低K能量边的元素的检测十分有利；更适合开展时间分辨的EXAFS并缩短快速扫描时间。
同步辐射X射线荧光分析（SR-XRF）是基于同步辐射X射线源来做激发光源的X荧光光谱分析技术。原子受X射线激发后退激发过程发出的二次X射线具有该原子的元素特征，称之为特征X射线荧光，根据探测来自样品的特征X射线的能量或波长，可以分析样品中有何种元素，而计算相应特征X射线的强度便可以得到该元素的含量以及分布。这两种XRF分析方法分别称之为能量色散XRF分析和波长色散XRF分析；能量色散XRF分析具有更高的效率，可以同时进行多元素分析，但能量分辨较低且具有较高的散射背底；波长色散XRF分析即使在低能区也具有非常好的能量分辨和信噪比，动态范围宽，可以分析轻元素，但系统复杂，耗时，效率较低，需要高功率的X射线光源。同步辐射XRF技术的特点在于可以实现亚微米级的空间分辨，成为对微量元素进行定量分析的高灵敏度的光子微探针，同时联合EXAFS、XANES、CT（计算机断层成像分析技术），能够获得非常有用的结构、成分和形貌信息。SR-XRF的各项技术已经成功应用于单细胞内元素及化学状态分布、材料的XRF成像等研究中去。
本项目应用XRF和XRF成像技术研究生物冶金体系下矿物表面元素的分布和变化，分析微生物对矿物表面元素溶解的具体影响。
同步辐射XRF研究将在北京光源的4W1B实验站和上海光源的BL15U线站上实施。SSRF的BL15U实验站也即硬Ｘ射线微聚焦及应用（微束）光束线站，采用真空室内波荡器作为光源，通过引出高次谐波使得光子能量在2-23keV连续可调；本试验站主要用于开展微束X射线荧光分析(μ-XRF)、微束X射线谱学(μ-XAFS)以及微束成像实验研究，具备原位分析样品的元素组分、化学特性、物质结构及其二维分布的能力；其空间分辨达到微米至亚微米量级，元素分析的灵敏度达到ppb级。
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第十五章 同步辐射原理与应用简介§ 周映雪 张新夷 目 录 1. 前言 2．同步辐射原理 2.1 同步辐射基本原理 2.2 同步辐射装置：电子储存环 2.3 同步辐射装置：光束线、实验站 2.4 第四代同步辐射光源 2.4.1自由电子激光（FEL） 2.4.2能量回收直线加速器（ERL）同步光源 3. 同步辐射应用研究 3.1 概述 3.2 真空紫外（VUV）光谱 3.3 X射线吸收精细结构（XAFS） 3.4 在生命科学中的应用 3.5 同步辐射的工业应用 3.6 第四代同步辐射光源的应用 4．结束语 参考文献 §《发光学与发光材料》（主编：徐叙瑢、苏勉曾）中的第15章：”同步辐射原理与应用 简介”，作者：周映雪、张新夷，出版社：化学工业出版社 材料科学与工程出版中心；出版日期：2004年10月。
1. 前言 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、有时间结构等一系列优异特性，已成为自X光和激光诞生以来的又一种对科学技术发展和人类社会进步带来革命性影响的重要光源，它的应用可追溯到上世纪六十年代。1947年，美国通用电器公司的一个研究小组在70MeV的同步加速器上做实验时，在环形加速管的管壁，首次迎着电流方向，用一片镜子观测到在电子束轨道面上的亮点，而且发现，随加速管中电子能量的变化，该亮点的发光颜色也不同。后来知道这就是高能电子以接近光速在作弯曲轨道运动时，在电子运动轨道的切线方向产生的一种电磁辐射。图1是当时看到亮点的电子同步加速器的照片，图中的箭头指出亮点所在位置。那时，科学家还没有意识到这种同步辐射其实是一种性能无比优越的光源，高能物理学家抱怨，因为存在电磁辐射，同步加速器中电子能量的增加受到了限制。大约过了二十年的漫长时间，科学家（非高能物理学家）才真正认识到它的用处，但当时还只是少数科学家利用同步辐射光子能量在很大范围内可调，且亮度极高等特性，对固体材料的表面开展光电子能谱的研究。随着同步辐射光源和实验技术的不断发展，越来越多的科学家加入到同步辐射应用研究的行列中来，同步辐射的优异特性得到了充分的展示，尤其是在红外、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、激光、红外光源等常规光源不能开展的研究工作，有了同步辐射光源后才得以实现。到上世纪九十年代,同步辐射已经在物理学、化学、生命科学、医学、药学、材料科学、信息科学和环境科学等领域，当然也包括发光学的基础和应用基础研究，得到了极为广泛的应用。目前，无论在世界各国的哪一个同步辐射装置上，对生命科学和材料科学的研究都具
第20卷第2期2006年3月 常熟理工学院学报 Journal of Changshu Institute of Technology Vol.20No.2 Mar.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。而现在同步辐射已经成为一个重要的科学研究平台,它的应用领域已经覆盖了物理、化学、生物、材料、医药、地质等众多领域,已经成为衡量一个国家科研水平的重要标准。 1 同步辐射特点 同步辐射的主要设备,包括储存环、光束线和实验站。储存环使高能电子在其中持续运转,是产生同步辐射的光源;光束线利用各种光学元件将同步辐射引出到实验大厅,并“裁剪”成所需的状态,如单色、聚焦,等;实验站则是各种同步辐射实验开展的场所。同步辐射光源是人类发现的第四代光源。与前三种光源相比,它具有诸多优点: 1.1 频谱分布宽广 收稿日期:2005-10-15 作者简介:谭伟石(1970—),男,湖南安化人,副教授。 DOI:10.16101/https://www.doczj.com/doc/1516132958.html, https://www.doczj.com/doc/1516132958.html,32-1749/z.2006.02.020
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。本项目组的成员已于2014年和2015年分别参加了“第三届两岸同步辐射学术研讨会”和“2015年BSRF用户学术年会暨专家会”，紧跟同步辐射技术和应用的前沿，积极与相关领域的领军学者交流学科进展，听取同步辐射应用的相关建议，目前已经有了一套应用同步辐射光源进行生物冶金研究的具体方案，并积极准备申报北京光源的重点课题。 2 同步辐射谱学技术 随着同步辐射光源的快速发展，各国学者探索出了大量常规、原位、超快的紫外、深紫外、软X射线、X射线谱学和成像技术，例如X射线吸收精细结构（XAFS）、X射线吸收近边结构（XANES）、小角X射线散射（SAXS）、同步辐射X射线衍射（SR-XRD）等大量X射线谱学技术，以及纳米、微米计算机断层成像分析技术（CT）、荧光成像技术（XRF）等成像技术。同步辐射在以矿物为研究对象的科学研究领域上已经得到了广泛的应用，例如其在表面科学、生物材料、生物地球化学、地球化学、环境科学与工程、材料科学、矿物学、考古学等诸多学科领域和学科交叉领域上的应用已经得到了长足发展，各个领域发表的与矿物研究相关的高水平文章已达400篇以上。 X射线衍射（XRD）技术是应用最广泛的X射线谱学技术之一，自其于上个世纪初成功地应用于固体晶体结构解析之后，XRD就成为了固体物理材料解析最为重要的工具。在晶体中其空间点阵可以按不同的方向划分为一簇平行而等间距的平面点阵，不同簇的点阵可以用点阵面指标或晶面指标（hkl）表示。不同簇的平面点阵具有不同的面间距d hkl，可以视为具有不同密度的光栅，X射线照射到这些光栅时会发生衍射，根据光栅衍射的公式可以推导出著名的布拉格方程：2d hkl sinθ=nλ；该公式指出了X射线波长、平面点阵间距和衍射角的关系，为应用XRD进行晶体结构解析的基本依据。XRD可以分为粉末衍射和单晶衍射两种应用方式，其中粉末衍射应用较为广泛，它可以给出固体结构在多晶凝聚态结构、晶体结
同步辐射应用专题 简答60分（任选4题） 1。组合材料学通过在一块基片上合成大量密集排列的微量材料样品阵列，并快速表征每个微量样品的特性，筛选/优化新材料。在此工作中同步辐射可以发挥很大的作用，现已发展了哪些手段，并用于哪些材料性质的表征？ 2。同步辐射紫外单光子电离与传统的电子轰击电离相比有哪些优势？ 3。与投射电镜相比，软x射线显微术主要有哪些优势？ 4。何谓VUV光子的量子剪裁？试以Gd-Eu为例图示说明其光跃迁过程？ 5。以铜粉为例，简述XAFs实验步骤和数据分析过程？ 6。什么是费米面？测量费米面的意义和在？ 7。激光的强度高，单色性好，为什么好多国家还要拼命建同步辐射装置？现在新建的同步辐射装置与二代光源有什么区别？ 8。吸收光谱的原理是什么？同步辐射吸收光谱有哪几类？他们的特点和研究的对象，目的各是什么？ 9。简述X射线显微原理和分类，同步辐射显微书和常规光源显微术的区别是什么？ 10。同步辐射可研究磁性材料，简述其原理和对同步辐射光束线的要求？ 填空题：20分 1。光电子能谱中E k=hv-E b-?，各项的物理意义 2。软x磁性园二色中电偶极跃迁的选择定则（） 3。同步辐射X射线高分辨衍射利用了同步辐射的什么特点？ 4 （Ramman 散射） 5。声子色散谱 6。计量站同步辐射的光谱覆盖范围 7。填σa（截面） 选择20分（这里只有一部分） 1。目前成熟的软x射线显微利用了x射线的什么特点？散射 2。X射线衍射动力学研究对象是？单晶 3。极紫外的光谱范围？5-100nm 4。X射线动力学是将单个电子作为整体与点磁场相互作用的结果，他能够解释反常散射。5。VUV用于绝缘体类固体发光材料研究较多，因为能及间隔大。
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
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 applications SHEN 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
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 OFSYNCHROTRONRADIATIONSOURCE YANGChuan2zheng1,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)0120028205 1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。
激光与同步辐射结合技术 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验，即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源，实验要求将激光与同步辐射进行同步化。同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况，脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出：t=L/c，其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上，由于高辐射亮度要求多电子束运转 同步辐射与激光结合的实验主要为所谓的双色类型试验，即某一波长的激光(或同步辐射)光子激发样品后由另一波长的同步辐射(或激光)光子进行探测.由于激光和同步辐射都是脉冲光源，实验要求将激光与同步辐射进行同步化。 同步辐射光的脉冲性质是由电子储存环中电子的束结构所决定的.对于单一电子束运转情况，脉冲周期t由电子储存环周长L可以估算出：t=L/c，其中c为光速.在大多数第三代同步辐射装置上，由于高辐射亮度要求多电子束运转，这时同步辐射光脉冲周期t相应地缩短n倍(n为电子束数).目前同步辐射光源的典型脉宽是几十皮秒，多束转运脉冲周期多为几个纳秒，占空因子Δt/t约为 10-2—10-3.如果使用一个连续激光光源，一般希望同步辐射的电子存储环内注入较多的电子束运转，使同步辐射光源的重复工作频率尽可能地提高，以产生大的占空因子Δt/t和连续激光相适应.在脉冲激光的情况下，激光脉冲和同步辐射光脉冲的同步是非常关键的.对于像锁模激光器或者飞秒激光振荡器这类工作在高重复率(典型重复率是80MHz)的激光器而言，它的输出光脉冲与高重复频率的同步辐射光脉冲可能产生部分重叠，即发生偶然同步，满足某些实验要求.如果同步辐射光源与一个低重复的激光光源(如准分子激光器或Nd∶YAG激光器)相结合，则需要严格的脉冲同步化以提高实验效率.脉冲同步化的时间基准通常取自同步辐射装置中用于补充电子束能量的射频源.射频源的时间信号往往需要通过一个电子学分频器分频后作为脉冲信号输出，触发激光器振荡.这时同步辐射光脉冲重复频率与激光脉冲频率恰为整数倍，使得某些同步辐射的光脉冲完全和激光脉冲发生重叠.由于同步辐射电子束注入运转一定时间后电子束发散度的变化会带来同步辐射光脉冲结构的变化，实际在实验上还需进一步监测两个脉冲的时间、空间重叠情况.并且为了提高信噪比，测量电子学系统也往往采用时间门电子学计数技术，扣除各种背景噪音。 同步辐射与激光相结合可以应用在光电子能谱、质谱、吸收、发光光谱等谱学中.结合同步辐射和激光的双色实验具有一些其他方法不能比拟的优点.例如，两光子可以达到很宽的激光能量范围，产生与单光子过程完全不同的终态，进而大大扩展了以往的实验研究范围和补充了单一光源的单光子过程所能得到的信息.另外，由于双色实验基本上是一个两步过程，使用的光源都是脉冲的，如果同步两个光源并改变两个光脉冲的相对时间延迟，则可以进行时间分辨激发态过程的研究。
https://www.doczj.com/doc/1516132958.html,/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。20世纪60年代末出现的同步辐射光源，是被誉为“神奇的光”的又一种人工光源，它在基础科学研究和高技术产业开发应用研究中都有广泛的用途。 同步辐射光源的发展历史 电磁场理论早就预言：在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场作用下偏转时，会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。1947年人类在电子同步加速器上首次观测到这种电磁波，并称其为同步辐射，后来又称为同步辐射光，并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。 30多年来，同步辐射光源已经历了三代的发展，它的主体是一台电子储存环。第一代同步辐射光源的电子储存环是为高能物理实验而设计的，只是“寄生”地利用从偏转磁铁引出的同步辐射光，故又称“兼用光源”；第二代同步辐射光源的电子储存环则是专门为使用同步辐射光而设计的，主要从偏转磁铁引出同步辐射光；第三代同步辐射光源的电子储存环对电子束发射度和大量使用插入件进行了优化设计，使电子束发射度比第二代小得多，因此同步辐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。第三代同步辐射光源根据其光子能量覆盖区和电子储存环中电子束能量的不同，又可进一步细分为高能光源、中能光源和低能光源。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。 同步辐射光源-特点 同步辐射光的特性 宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从远红外、可见光、紫外直到 X射线范围内的连续光谱，并且能根据使用者的需要获得特定波长的光。 高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。
云南大学学报(自然科学版),2008,30(5):477～483CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversity Ξ 同步辐射光源及其应用研究综述 曾昭权 (云南大学实验中心,云南昆明 650091) 摘要:简要回顾了同步辐射研究的历史,较详细介绍了同步辐射光源的频谱特性、光源结构、实验方法及国内外应用研究的发展状况及研究亮点. 关键词:同步辐射光源;应用研究;频谱特性;光源结构 中图分类号:O433 文献标识码:A 文章编号:0258-7971(2008)05-0477-07 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行时发出的电磁辐射. 早在19世纪末,经典电动力学研究运动电荷的电磁场时,导出了运动电荷产生的李纳-谢维尔势,亦称推迟势[1].从推迟势的计算中,可以证明作匀速直线运动的点电荷不辐射能量,但加速运动的电荷将产生电磁辐射.这为马可尼发明的无线电报、赫兹发明无线电振子天线和伦琴发现的X射线提供了理论解释的基础.无线通讯和无线电广播的天线就是利用电子沿直导线作简谐运动时产生的电磁辐射,而伦琴射线则为真空中高能电子轰击金属靶时速度骤减发出的韧致辐射. 1912年肖特(G1A1Schott)发表专著[2],论述了作圆周运动电子的辐射理论.1947年哈伯(F1Haber)等在美国通用电气公司70MeV电子同步加速器上首次观察到这种辐射,由于它是在电子同步加速器上被观察到的,故称做同步辐射,英文名为Synchrotron radiation,简称SR. 1949年美国的施温格(J1Schwinger)测定了同步辐射的性质[3].此后,还有索科洛夫(A1A1Sokolov)、杰克逊(J1D1Jackson)及其他许多人,相继展开了更深入的研究.然而,直到1970年以前,电子同步加速器仅只作为高能物理学家产生高能粒子,用以研究高能物理学的工具,同步辐射作为它的伴生副产物,并未得到真正应用.相反,由于同步辐射耗费了电子的能量,使被加速粒子能量难于进一步提高;另外,为防护同步辐射对人体的危害,还加重了实验室的劳保负担. 1970年以后,人们认识到,必须对同步辐射充分加以利用,否则无异于一种极大的浪费.因此, 1970年以后新建造的电子同步加速器,一般在存储环上都备有专门的同步辐射束线输出口,沿弯转磁铁的切线方向输出辐射. 为了进一步提高光源亮度,1980年发明了扭摆器和波荡器,新建造的电子同步加速器普遍安装了扭摆器和波荡器等新型插入件,作为同步辐射的束线输出装置,使同步辐射光源亮度在原有基础上又提高了上1000倍.目前世界上运行着的大型同步辐射光源均属于这一类.电子同步加速器也因此成为专用的同步辐射光源. 扭摆器是一组极性交替变化并按周期排列的磁铁,用以产生垂直方向周期变化的磁场,电子在扭摆器中做近似正弦曲线的扭摆运动,由于扭摆磁场比电子存储环的弯转磁场高许多,输出同步辐射频谱呈连续分布,且强度也大为提高. 波荡器与扭摆器的结构类似,它与扭摆器的主要区别是磁场比弯转磁场低,磁场变化的周期短,周期数多,电子在波荡器中运动轨迹也为近似的正弦曲线,但振幅小.在一定条件下,由于光的相干效应,使输出的同步辐射亮度更进一步提高,比扭摆器的输出提高1000倍,且频谱的短波部分由原来的连续谱变为许多离散的峰组成的线状频谱. Ξ收稿日期:2007-05-08 作者简介:曾昭权(1936- ),男,四川人,教授,主要从事原子分子物理和光谱学研究.
同步辐射技术应用及发展 摘要：同步辐射是圆周运动和蛇行运动时高速电子发射的亮的电磁波，分别有连续和准单色的光谱。真空紫外软X射线、硬X射线和红外线波段是优秀的光，被应用在基础科学、工程学、生物学、医学和环境科学。本文叙述了同步辐射的特点、发生的方法及其应用实例，通过介绍其在生命科学、生物医学、高分子结构分析等领域的应用研究，说明同步辐射广泛的应用。 关键词：同步辐射，生命科学、生物医学、高分子结构分析 1 绪论 1947年，美国纽约州通用电气公司实验室的电子同步加速器首次在可见光范围内观察到了强烈的辐射，从此这种辐射被称为“同步辐射。同步辐射是强度高、覆盖频谱范围广、可以任意选择所需波长，而且连续可调，是继激光光源之后的又一种新型光源。同步辐射发现9年后，美国康奈尔大学用真空紫外波段同步辐射对稀有气体的吸收进行了系统研究，并取得了重要成果，从而使人们认识到同步辐射可作为真空紫外波段和X射线光源。直到1974年，美国斯坦福直线加速器中心的研究小组在SPEAR对撞机上用同步辐射开展物理、化学、生物学方面的研究，使同步辐射的应用得到了迅猛的发展。 1.1 同步辐射的发现 1947年4月16日，在美国纽约州通用电气公司的实验室中正在调试一台新设计的能量为70MeV的电子同步加速器，这台加速器与其他类型的电子加速器的一个重要不同点是它的真空室是透光的，原想这样可方便地观察到真空室里的装置(如电极位置)情况，但竟导致了一个重大发现。就在这一天的调试中一位技工偶然从反射镜中看到了在水泥防护墙内的加速器里有强烈“蓝白色的弧光”。经仔细分析，说明不是气体放电，而是加速运动的电子所产生的辐射，被称为同步辐射。试验指出，这种辐射光的颜色随电子能量的变化而变化。当电子能量降到40MeV时，光的颜色变为黄色;降到30MeV时，变为红色，且光强变弱;降到20MeV时，就看不到光了。同步辐射的发现在当时科学界引起了轰动，不少科学家着手研究这种辐射的性质。但在当时，这种辐射阻碍了加速粒子能量的进一步提高，使科学家感到头痛，直到同步辐射发现后约20年，科学家才逐步认识
学术干货|同步辐射光源和中子衍射在材料研究中的应用 一、什么是同步辐射光源 同步辐射(Synchrotron Radiation)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”。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同步辐射外到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。
图1 同步辐射装置示意图 二、同步辐射光源特点 与XRD相比，同步辐射的光强强很多，可以做很精细的扫描，高温或高压条件下同步辐射的优势比常规X光机衍射明显很多。尤其在超高压下，百万大气压，同步辐射的光斑可以聚焦到亚微米级别，直接测量高压下的衍射，如果同时再加高温，那就可以研究高压高温下的融化，这是常规衍射不可企及的。其特点总结如下： 1、高亮度：第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上亿倍。 2、宽波段：同步辐射光的波长覆盖面大，具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱。
3、窄脉冲：同步辐射光是脉冲光，有优良的脉冲时间结构，其宽度在10-11~10-8秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级，如化学反应过程、生命过程、材料结构变化过程和环境污染微观过程等。 4、高准直：同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，张角非常小，几乎是平行光束，堪与激光媲美。 5、高纯净：同步辐射光是在超高真空(储存环中的真空度为10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕）的条件中产生的，不存在任何由杂质带来的污染，是非常纯净的光。可精确预知：同步辐射光的光子通量、角分布和能谱等均可精确计算，因此它可以作为辐射计量，特别是真空紫外到X射线波段计量的标准光源。 6、其他特性：高度稳定性、高通量、微束径、准相干等。 三、同步辐射光源在材料研究领域的应用 以下以纳米材料为例，介绍同步辐射在材料研究中的应用 纳米材料由于尺寸小、结构复杂，其单体产生的测量信号往往不足，此外纳米材料往往不像块体材料那样具有良好的长程有序性，所以某些常规实验室用于表征块体材料的手段在表征纳米体系时可能失效。因而同步辐射技术可以在纳米体系的结构和性能表征方面发挥重要作用。 (1) 快速X射线精细谱 同步辐射快速Ｘ射线吸收精细结构（QXAFS）谱学方法具有高时间分辨的特征，不仅具备XAFS在纳米结构研究中的优势，而且由于高时间分辨的特征，极大地扩展了XAFS在纳米结构研究中的应用。利用QXAFS的时
建址区域水、电、气、通讯等基础设施齐全。张江园区可供两路互为独立的供电电源， 便于联系与设备的运输；
正常运行。建安工程只需少量装置队伍参与，以保证建安工程满足装置的需求和未来可能的改扩建工作。 作为法人单位的上海应用物理研究所，为支持上海光源建设一支高水平的装置队伍，启动了人才队伍建设计划，并提供了相关的支撑条件，从国内外招聘工程急需的科技人员。其次，通过与国内科研、教育单位密切合作，采用长期借调、短期聘用等项目聘任的方式解决工程急需的科技力量。此外，计划在线站工程、公用设施工程中部分采用合作研制的方式，重点解决工程技术人员的短缺。返聘退休的科技人员，不但发挥了他们丰富的工作经验，而且降低了工程结束后的人员分流压力；建安工程将与上海市密切合作，其中甲方的技术和管理人员将采用大部分从上海市相关部门借调的方式解决；需要大量人力的研制工作将尽量通过合同方式委托社会力量完成。人员费用由院、所共同解决。 工程科技委和顾问组 工程科技委 主任: 方守贤(中科院高能物理研究所) 副主任：冼鼎昌(高能所)、杨福家(复旦大学)、陈森玉(高能所) 成员： 加速器及综合领域—— 方守贤、冼鼎昌、杨福家、陈森玉、钱文藻、何多慧、陈佳洱、魏宝文、林郁正、樊明武、刘国治（西北核技术所）、张维岩（工程物理院） 光学工程领域—— 曹建林、阎永廉、朱健强、赵卫 材料、凝聚态物理、化学、微电子领域—— 白春礼、卢柯、候建国、王恩哥、封松林、包信和、金晓峰、洪茂椿 生物、药物、医学领域—— 陈竺、李家洋、牛立文、饶子和、陈凯先、徐学敏、凌峰 环境、地球科学及工业应用领域—— 陈同斌、许志琴、谢在库 工程总顾问——陈森玉 工程进展 1993年12月，丁大钊等三位院士建议“在我国建设一台第三代同步辐射光源”。 1995年2月，上海市政协八届三次会议期间，谢希德等7位著名科学家联名提出在上海建造第三代同步辐射光源工程的提案，受到了国家计委、国家科技部和上海市委、市政府的高度重视。
同步辐射技术及应用讲习班日程安排 2008年8月18日2008年8月19日 2008年8月20日 2008年8月21日 2008年8月22日 上午9:00-9:40 开幕式 9:40-10:00 休息 10:00-11:00 冼鼎昌 “同步辐射及其应用” 11:00-12:00 徐洪杰 “上海光源及其科学目标” 9:30-11:30 安藤政海 “X射线成像技术及应 用” 9:30-11:30 牛立文 “蛋白结构与生命科学” 9:00-10:00何建华 SSRF生物大分子线站 10:00-10:30 休息 10:30-11:30 黎忠 SSRF衍射线站 9:00-10:00 邰仁忠 SSRF软X射线线站 10:00-10:30 休息 10:30-11:30 王劼 SSRF小角散射线站 中午 12:00-13:00 午休+休息11:30-13:00 午餐+休息 11:30-13:00 午餐+休息 11:30-13:00 午餐+休息 11:30-13:00 午餐+休息 13:00-15:00 Mizuki Jun’ichiro “Spring8的同步辐射应用研究” 15:00-15:30 休息 15:30-17:00 参观SSRF 13:00-15:00 韩志超 “小角散射与高分子” 15:00-15:30 休息 15:30-17:30 郭晶华 “软X射线谱学及应用” 13:00-15:00 吴自玉 “X射线吸收谱” 15:00-15:30 休息 15:30-17:30 麦振洪 “X射线衍射技术及应 用” 13:00-14:00 黄宇营 SSRF XAFS线站 14:00-14:30 休息 14:30-15:30余笑寒 SSRF微聚焦线站 15:30-16:00 休息 16:00-17:00肖体乔 SSRF成像线站 13:00-13:40 测验 13:40-14:00 闭幕式 下午 17:30 晚宴17:30 晚餐17:30 晚餐17:30 晚餐会议地址：上海应用物理研究所—张江办公楼大报告厅(上海浦东新区张衡路239号)
PT CA(PART:A PH YS.TEST.)2009年第45卷4专题综述 同步辐射的基本知识 第四讲同步辐射中的光谱术及其应用(一) 杨传铮1,程国峰2,黄月鸿2 (1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海200050; 2.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050) Basic Knowledge of Synchrotron Radiation )))Lecture No.4Spectrum Technique and Its Applications in Synchrotron Radiation(?) YANG Chuan-zheng1,CHENG Guo-feng2,HUANG Yue-hong2 (1.Shang hai Institute of M icro-Sy stem and Info rmation T echnolog y,Chinese A cademy o f Science,Shanghai200050,China; 2.Shang ha i Inst itute of Ceromics,Chinese A cademy o f Sciences,Shang hai200050,China) 中图分类号:O434.11文献标识码:A文章编号:1001-4012(2009)04-0248-05 按照光谱术一般定义,同步辐射光谱术就是用同步辐射轰击样品,激发样品各元素的特征X射线,或与样品发生交互作用时产生各种信号,接收探测和分析各种信号,以获得被击样品的化学组成、原子价态及有关结构的信息。由于同步辐射光源包括从红外、可见光、紫外、软X射线到硬X射线的范围,故同步辐射光谱术包括多种光谱术,主要有X 射线衍射谱、X射线非弹性散射谱、X射线发射谱、光电子能谱、X射线吸收谱和近限结构、红外吸收谱和紫外吸收谱、软X射线磁园二色、扩展X射线吸收精细结构、Ram an谱以及Auger电子能谱。其中,X射线衍射谱和X射线非弹性散射谱已分别在第二讲和第三讲中介绍,下面分别就材料(组分和原子价态)分析所关心的问题做简要介绍。 1X射线发射谱及其精细结构 1.1同步辐射X射线发射谱 激发X射线可用高能电子束,也可以用X射线等其他高能离子。实验室用X射线源就是用加速电压获得电子束激发金属元素靶(钨、金、银、钼、铜、钴、镍和铬)的K系辐射的。此外还有初级X射线分析仪、电子探针、扫描电子显微镜和透射电镜中的 收稿日期:2007-11-22 作者简介:杨传铮(1939-),男,教授。X射线能谱分析都是用电子束激发样品中原子的特征X射线。 用钨靶发出的X射线激发样品的常规荧光X 射线分析已经成熟;用同步辐射X射线激发样品的荧光X射线分析[1-2]始于20世纪70年代,与常规荧光X射线相比较有如下特点: (1)选择激发,用于激发的入射线波长不受靶元素的限制,用晶体单色器选择波长小于待测元素吸收限和/或均小于试样中各元素吸收限的单色X 射线来激发样品,后者能对样品作全元素分析,若是前者,可以提供待测元素与其他元素荧光强度的相对比值,可简化结构,降低谱本底。 (2)由于同步辐射的亮度高,以及利用同步辐射的特点而采取降低背景的措施,大大提高了检出限,系统检测已超过百万量级到几十个百万量级,目前已向10-9量级发展,比电子探针检测限10-4高许多量级。 (3)由于同步辐射X射线准直性好,尺寸小,能实现微区荧光X射线分析,空间分辨率已能达到L m量级,随着第三代同步辐射光源的应用,空间分辨率能做到50nm。 (4)同步辐射的光源的各种参数可以通过计算获得,这对荧光分析来说就可以精确计算入射光的强度和能谱结构,有利于提高无标样分析的精确度和准确度。 # 248 #