同步辐射光源介绍共55页
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科普:什么是同步辐射?——合肥的第四代同步辐射光源,何以称为国际最先进?什么是同步辐射?首先,同步辐射是一种光。
其次,同步辐射和同步这个词的关系不大,只是它最初是在通用电器的一个同步加速器上被发现的,故而被定名同步辐射。
正如X射线又被称为伦琴射线一样。
再次,产生它其实“只”需要三个条件:1,带电粒子(常用如电子,氦原子核);2,带电粒子非常接近光速运动(一般专业点称之为相对论性的速度,即达到此种速度,其性质就可以套用相对论公式,而经典物理的公式已经无法描述其各种性质了);3,带电粒子非常接近光速的情况下时走曲线。
此时,这个曲线上的切线方向上就会放出这种同步辐射。
比如下雨天很多人打伞都喜欢转伞,伞沿甩出的水珠就是走的所谓切线方向。
(请在四下无人时尝试,小朋友不要乱学哦)所以,同步辐射就是一种光。
我们用的也就是这种光,这种光是一种全频谱即包含红外线,可见光,紫外线和X射线全光谱的光,这种光最突出的优点方便大家理解的可以概括为全且亮。
(实际上还有很多优点,如高偏振,窄脉冲,高准直等)可见光只是所有的光中极小一部分产生同步辐射光的我们称之为同步辐射装置,又称同步辐射光源。
既然称光源可能有一个比较,就是常规光源,大家在医院拍摄X光,拍CT用的就是常规光源。
它们优点是结构简单,缺点是基本是单光谱,而且亮度不够。
当探测到微观世界时,光就成了我们的尺子,而刻度就是光的波长。
这时同步辐射的优势就出现了,不仅全光谱而且可以简单分离出其中任意波长的光。
对于什么尺寸的东西我们用什么尺寸的光来研究,因为这时衍射散射的条件才具备。
同时高亮度就意味着我们能更快看清微观世界的信息。
前面提到亮度不够主要是针对我们探测微观世界时的需求。
正如大家夜间在家找东西,最简单的照明方法就是打开家中最亮的灯,让眼前一目了然,从科学意义上讲,就是更多的光子被你的眼睛接受,让你大脑更快对周边所有情况有所了解。
而同步辐射就是我们探测微观世界时那盏最明亮的灯,到微观世界后,分到一个相对你桌上任何一个你可见或你需寻找的东西,我们通常研究的都是它的千分之一到百万分之一尺寸上的东西,要确保足够的光子打到上面并散射衍射再被探测器探测到,没有足够的亮度(光子数),我们就需要足够的时间。
同步辐射光源1. 序言相对论性带电粒子作曲线运动放出的电磁辐射就是同步辐射。
那为什么不叫电磁辐射,而叫同步辐射? 这反映一个人类认识自然的过程。
1898年, A. Lienard [1] 就由理论上预言,沿半径为R 作圆周运动的相对论性带电粒子放出电磁辐射,并给出瞬时辐射功率P 表示式:42242)/)(/(32mc E c e P ρβ=(1.1)其中e ,m ,β,E 分别为带电粒子的电荷、静止质量和相对论速度、能量;c 为光速。
该式是在粒子的能量变化率远远小于动量的变化率时成立。
圆形加速器,如同步加速器(Synchrotron )和电子回旋加速器(Betatron )是满足该条件的。
从这以后不断的有理论上的预言,1907年 G. A. Schott [2,3] 推出了在均匀磁场中作园周运动的相对论电子的电磁辐射的角分布的表示式。
到四十年代,在粒子加速器的建造中,每一次加速器能量的提高都重新激起对这个问题的注意。
1944年苏联科学家 D. Ivanenko 和 I. Pomeranchuk [4]亦预言了在圆形加速器中电子存在重大的能量辐射损失。
1946年 Julian Schwinger [5] 发展了这个经典的辐射理论,使适应任意的电子轨道。
且得到了园周运动情况下辐射频率分布与轨道频率的谐波关系。
他还得到了两个重要的结果:(a) 辐射的空间分布在电子的瞬时运动方向上(即沿着轨道的切线方向)形成尖锐的峰;(b) 随着电子能量的增加,电磁辐射扩展到轨道频率的更高次的谐波。
1947年我国的朱洪元[6]先生给出了高速带电粒子在磁场中的辐射谱和角分布。
1948年苏联科学家D.Ivanenko 和A.A.Sokolov [7] 亦提出了电子辐射的经典理论。
实验上探测该种辐射始于1946年,J.P.blewett [8] 和G.C.Baldwin 在美国纽约Schenectady 的通用电气实验室 (the General Electric Research Labs) 100MeV 电子回旋加速器 (betatron) 上进行电磁辐射的探测。
《同步辐射光源及其应用》
同步辐射光源是利用高能电子束来产生能量为1~10亿电子伏特的连续光谱线,它是由美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LBNL)研制成功的。
由于它具有波长短、亮度高、波段范围宽和节省能量等优点而广泛应用于医学、工业、农业、地质勘探、考古及环境科学等领域,已发展成为一门新兴的独立学科──同步辐射光源技术。
一般把同步辐射定义为“产生从能级0到10-11百电子伏特辐射的辐射光源”。
同步辐射可以分析样品内部结构,甚至能够鉴别原子的种类!。