同步辐射技术及其应用课件
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同步辐射的原理与应用1. 原理介绍•同步辐射是高能粒子穿过磁场或电场时,发射出非常强大的电磁辐射的现象。
•在同步辐射源中,高能粒子经过弯曲的轨道,并同时受到磁场的影响,使其以弧形轨迹运动。
•在粒子加速运动的过程中,将失去能量,并以窄束束团的形式以光速释放出来。
2. 原理的应用2.1 光源技术•同步辐射可产生高亮度、低发散度的强辐射光束,可以被用于多种实验室和工业应用中。
•用于光源技术的同步辐射非常接近自然光,波长范围从红外到X射线,因此能够满足不同实验需求。
•同步辐射被广泛应用于材料科学、物理学、化学、生物学等领域的实验研究,并取得了重要的科学研究成果。
2.2 结构生物学•同步辐射在结构生物学中起着关键的作用,可以用于研究生物分子的结构、功能和相互作用。
•结构解析方法包括X射线晶体学、小角散射技术等,通过同步辐射产生的高亮度光源,可以提供更高的分辨率和更详细的结构信息。
•结构生物学的研究有助于了解生物体内分子之间的相互作用,从而揭示生物过程的机制。
2.3 表面科学•同步辐射可应用于表面科学,用于研究物质表面的性质和反应行为。
•通过X射线和光学技术,可以对材料的表面结构、成分和电子状态进行表征。
•表面科学的研究对于材料制备、薄膜涂覆和能源存储等领域具有重要的应用价值。
2.4 医学影像学•同步辐射在医学影像学中的应用主要集中在CT和X射线成像。
•同步辐射的高强度光源可提供高分辨率的影像,用于检测和诊断疾病。
•同步辐射的应用在医学领域有望改善影像质量、减少辐射剂量,并提高诊断准确性。
3. 同步辐射设施•目前世界上有许多同步辐射设施,如昆明同步辐射装置、北京同步辐射装置等。
•同步辐射设施在国内外广泛建设,以满足科研和工业的需求。
•这些设施通常包含加速器、磁铁、束线系统和实验站等组成部分,提供稳定的、高品质的同步辐射光源。
4. 总结•同步辐射的原理和应用已经在科学研究和工业领域取得了巨大的成功。
•同步辐射光源提供了高亮度、高分辨率的光束,使得各个领域能够进行更深入的研究和应用。
同步辐射及其应用(讲义)同步辐射因具有高亮度、光谱连续、频谱范围宽、高度偏振性、准直性好以及可用作辐射计量标准等一系列优异特性,已成为自X 光和激光诞生以来的又一种重要光源。
尤其是在真空紫外和X射线波段的性能,非其他光源可比,很多以往用普通X光和激光不能开展的研究工作,有了同步辐射光源以后才得以实现。
近几年来还发现,在红外波段同步辐射同样具有常规红外光源所无法比拟的优越特性。
同步辐射也因此在物理学、化学、生命科学和医药学、材料科学、信息科学、环境科学、地矿、力学、冶金等研究领域,以及深亚微米光刻和超微细加工等高新技术领域中得到广泛应用。
据统计,70年代以来,已有22个国家和地区,建成或正在建设同步辐射装置50余台,其中,超过40台已投入使用。
我国北京正负电子对撞机国家实验室(BEPC NL)的同步辐射装置(BSRF)和中国科技大学国家同步辐射实验室(NSRL)分别于1989年和1991年建成并投入使用。
1.什么是同步辐射1947年,美国通用电器公司的一个研究小组首次在同步加速器上观测到高能电子在作弯曲轨道运动时会产生一种电磁辐射,称其为同步加速器辐射,简称同步辐射。
其实,据《宋会要》记载,早在公元1054年,我国古代天文学家就观测到金牛座中天关星附近出现异象:“昼见如太白,芒角四出,色赤白,凡见二十三日。
”这是人类历史上第一次详细记载超新星爆炸。
这颗超新星爆炸后的遗迹形成今夜星空的蟹状星云。
现代天文学家确认该星云的辐射,包括红外线、可见光、紫外线和X射线的宽频谱,正是高能电子在星云磁场作用下产生的同步辐射。
1963年法国Orsay 建成世界上第一台电子储存环,高能物理学家在储存环上进行正负电子对撞实验的同时发现所产生的同步辐射是一种性能优良的光源,于是,开始了人类历史上第一次利用同步加速器上产生的同步辐射来做非高能物理的研究工作。
这种在做高能物理研究的加速器上,利用同步辐射作为光源的工作模式为寄生模式或兼用模式。
同步辐射技术的应用同步辐射是随着电子加速器技术的不断发展而产生的。
各种电子加速器是为获得高速运动的带电粒子而建造的。
随着对带电粒子的速度要求越来越高,加速器性能也在不断地改进人们相继发明了直线加速器、回旋形加速器和同步加速器。
同步加速器的出现,开创了高能物理研究的黄金时代。
利用同步加速器可以使带电粒子的速度大大提高,然而,当粒子的速度越来越大时,进一步加速粒子却很困难,因为高速运动的带电粒子在改变运动方向时,沿其轨道的切线方向会产生电磁波辐射。
1947年,美国通用电气公司的科研人员在一台70MeV的电子同步加速器上,透过真空管道,首次在可见光范围内观察到这种辐射,从此同步辐射的概念产生了。
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,它的应用领域非常广阔,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。
1同步辐射技术的发展及特点1.1同步辐射技术的发展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。
第一代同步辐射光源是在那些为高能物理研究建造的电子储存环和加速器上“寄生”运行的,同步辐射光多数由弯转磁铁引出,发射度约为几百nm・rad;第二代同步辐射光源是专门为同步辐射光的应用而建造的,主要对电子储存环的结构进行优化设计,把各种使电子发生弯转、聚焦、散焦等作用的磁铁按特殊的序列组装起来,且电子储存环里拥有少量的长直线节和插入件,它的亮度比第一代同步辐射光提高了几千倍,发射度减小到几十nm・rad;20世纪80年代末出现了第三代同步辐射光源,其性能远优于第二代同步光,同步辐射光主要由插入件引出,它的亮度比第二代同步辐射光又提高了上千倍,发射度减小到10nm・rad以下。
我国上海已经建造完工的上海同步辐射装置,在性能上比目前的第三代装置还要优越一些。