日本同步辐射光源考察报告
同步辐射光源及其应用研究综述_曾昭权
云南大学学报(自然科学版),2008,30(5):477～483CN53-1045/N ISSN0258-7971 Journal of Yunnan U niversityΞ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.1 同步辐射的优异特性在同步辐射光源中,高能电子产生的同步辐射主要集中在电子存储环切线方向上很小的锥角内.当沿电子运行轨道平面的某一固定位置观测时,所接收到的是这一狭窄锥角内扫过的很短的脉冲.对此辐射脉冲进行付立叶变换,便得到同步辐射的频谱分布函数.如图1所示为日本Spring -8同步辐射光源的频谱特性曲线[4],从图中可以看出:图1 日本Spring -8同步辐射光源频谱曲线Fig 11 The frequency character curve of S pring -8SRS111 宽阔的频谱分布[4] 同步辐射具有非常宽阔的频谱分布:包括从红外、可见、紫外、真空紫外、软X 射线到硬X 射线这样广阔的频谱区域.现今已知的人工光源和天然光源(如太阳),没有哪一种光源含有如此宽广的频谱.以分析测试和科学研究仪器所用光源为例,射频、微波频谱区域的气体微波波谱仪、付立叶变换核磁共振仪和电子顺磁共振仪等,用射频、微波振荡器做光源,特别有意义的频谱范围一般在几十MHz 、几百MHz 甚至数千MHz (注:频率3～300MHz ,波长相应为1～100m 的辐射称做射频;频率300～300000MHz ,相应的波长为1m ～1mm 的辐射称做微波);远红外、中红外和近红外分光光度计用热光源:钨灯、卤素灯或高温石墨辐射体做光源,使用频段:近红外光谱:0176～215μm ;中红外光谱:215～25μm (相应于400～4000cm -1);4000～10cm -1(25～1000μm )为远红外光谱,其中特别重要的光谱区域是中红外光谱.在可见光谱区域,用电弧、火花、氩气体放电等离子体、低压气体辉光放电管、空心阴极管和激光器等气体放电器件或半导体激光器件做光源,相应的仪器有可见光分光光度计、等离子体发射光谱仪、荧光分光光度计、激光拉曼光谱仪和其他类型的可见光谱仪器,光谱响应范围:0140～0176μm ;紫外和真空紫外分光光度计用气体弧光放电灯如氢灯或氘灯做光源,有效光谱范围:014～0116μm.介于0116μm 以下,软X 射线以上的波段则研究较少;X 射线荧光光谱仪、X 射线衍射仪和其他X 射线影相仪器和无损检测仪器用X 射线管做光源,这是非常重要的频段,现今许多重要的研究均在此频段进行.由于同步辐射频谱覆盖了除射频和微波以外的所有频段,所以同步辐射光源含盖了上述大多仪器光源的应用范围,在许多研究领域很自然能得到广泛应用.112 极高的光源亮度 同步辐射光源亮度极高,亮度的频谱分布连续且变化平缓(波荡器输出束线的X 射线部分除外,由于光的干涉效应,输出频谱呈现线状光谱结构),与普通人工光源和天然光源相比,呈现很大差别,如图1所示,太阳光和X 射线管亮度频谱曲线相较之下显得狭窄,且亮度远低于同步辐射,以弯转磁场输出的同步辐射为例,其亮度比太阳光的峰值亮度高上1000倍,比X 射线管高100万倍;其它人工光源的亮度及频谱特性均不能与之相比.激光是一例外,它的亮度可以很高,相干性极好,且光束准直,也是一种性能优异的光源,但其频谱却十分狭窄,有广泛而特殊的用途,自应另当别论.同步辐射的高亮度,可以获得很高的光信号检测信噪比,使测量精度和检测灵敏度大为提高,过去很困难或无法进行的测试和研究工作,现在可以在同步辐射实验站顺利完成.其中特别重要的是X 射线频段,常规X 射线衍射仪通常使用的光源功率为几kW 旋转阳极X 射线管,为了提高光源亮度,必须加大X 射线管的功率,目前商用仪器X 射线管功率能达的水平约25kW ,要进一步提高,势必增加成本且技术上有不少困难.因此寄希望于同步辐射X 射线频段的应用.研究表明,采用同步辐射的X 射线进行实验,原来需要很长时间如1个874云南大学学报(自然科学版) 第30卷月才能做完的工作,现在可以在几分钟内完成,进行分子结构测定的精度更高,更重要的是能够完成用常规方法不能完成的研究任务.113 发散角小 同步辐射光束线的发散角小,平行度高,容易进行光束结构变换.114 相干性好 同步辐射波荡器输出的部分同步辐射和自由电子激光都具有相干性,这一极其优异的特质,使得相干X 射线同步辐射具有无可比拟的应用潜力.由上述可见,同步辐射确实是一种性能优异的光源.从20世纪90年代起,世界上各发达国家及少数发展中国家竞相发展,纷纷投入巨资建造专用的同步辐射光源,开展高科技攻关研究,已经取得许多用常规实验方法不能获得的重要成果.在新一轮科技创新研究中,同步辐射光源必定能发挥出更为突出的作用.2 同步辐射光源的基本结构同步辐射光源装置由电子注入器、电子输运线、存储环、插入装置、同步辐射束线室和实验站等6部分组成.现以台湾NSRRC 同步光源实验装置[5]为例(图2)逐一加以说明:(1)电子注入器包括电子枪、电子直线加速器和环型加速器3部分.直线加速器(L INAC )将电子预加速到50MeV ,然后经过环形加速器(BOOSTER RIN G )最终加速到预定的能量115G eV;图2 台湾NSRRC 同步辐射光源结构示意图Fig 12 The structure diagram of NSRRC SRS in Taiwan (2)电子输运线用于将已加速到预定能量的电子送至电子存储环;(3)电子存储环是同步辐射装置的核心部分,用于存储高能电子,一切实验工作均围绕存储环进行.NSRRC 光源存储环圆周长120m ,115G eV 高能电子在超高真空室内作圆周运动,弯转磁铁和其它插入装置沿圆周配置;(4)插入装置是一组极性周期交替变化的磁铁,用以产生亮度更高的同步辐射.扭摆器和波荡器是常用的插入装置;(5)同步辐射束线室内配置各种光学器件,将光束聚焦或改变方向后进入实验站供给实验者使用;(6)同步辐射实验站内安装有为特定研究目的配备的设备或仪器,从束线室送来的同步辐射光作为仪器设备的光源并在其上进行研究和实验.通常,在同一座同步辐射光源上装备有数个或数10个实验站.3 世界同步辐射实验装置及所在国别概况(1)世界3座超大型同步辐射装置 目前世界上3座超大型同步辐射装置分别于20世纪80年代末90年代初建造在日本、美国和法国.20世纪90年代中期投入使用.光源存储环最大周长1436m ,最大电子能量8G eV ,最大光束线数和实验站数68个,相关资讯列于表1.974第5期 曾昭权:同步辐射光源及其应用研究综述表1 世界3大巨型同步辐射光源装置Tab11 The three sets giant SRS in the world装置名称国别安装地能量/G eV束线数存储环周长/m建造时间启用时间Spring-8日本兵吾86214361991～19971997 APS美国阿贡76811041989～19941996 ESRF法国格勒诺布尔6568441988～19941994 截至2007年底止,世界范围内在运行的共有45座同步辐射光源,另中国和英国各有1座在建,中国在建光源建造于上海.在运行的光源中,美国有10座,日本有8座,德国有5座,法国和中国各有3座(包括台湾的1座),意大利2座,俄罗斯、加拿大和英国各1座.其它分属于欧洲国家5座,亚洲国家4座,南美国家1座,澳洲国家1座.从这组简单数据可见,美国、日本、德国和法国在同步辐射研究方面占有优势.(2)上海同步辐射光源主要技术指标 上海同步辐射光源建在上海浦东张江高科技园区,投资12亿元人民币,2004年始建,预计2009年建成投入试运行.光源存储环周长492m,电子能量315 G eV,首批将建设7条光束线和相应的实验站.主要技术指标达到国际同类光源的先进水平,高于北京同步辐射光源BSRF和合肥同步辐射光源SRL 的水平.4 同步辐射光源的应用领域与实验研究方法当被研究样品受到同步辐射照射时,一部分光被试样吸收,另一部分穿过试样成为透射光,此外,光和物质相互作用将发生多种次级过程,如非弹性散射、光电子发射、荧光辐射、反射光子、次级离子或中性原子、布喇格衍射和劳厄衍射等,如图3所示.通过对吸收、透射和次级过程的检测,可以得到物质结构的多种信息包括化学性质、空间结构、电子结构、表面状况、光学和磁学性质等.通常使用的实验方法可归属于三大类:411 X射线衍射和散射 由X射线衍射和散射发展而来的实验方法有:(1)极端条件下的X射线衍射,用于研究高压、高温或低温下物质的相变;(2)X射线粉末衍射,用于研究无机晶体的精密电子分布,物质的结构与相变;(3)X射线表面衍射,用于研究表面与界面的原子结构,表面相变与催化反应;(4)X射线衍射驻波法,用于研究表面或界面的几何结构;(5)小角度散射,用于研究蛋白质和生物聚合物的形貌,肌肉纤维动力学性质;(6)中角度散射,用于研究非晶态、液体和熔融态物质的局域原子结构;(7)X射线磁散射,用于研究磁结构,物体及其表面的磁学性质;(8)剩余应力分析,用于研究物体三维应变图;(9)核共振散射,用于研究时间域穆斯堡尔光谱学;核非弹性散射,用于研究电子跃迁引起的核激发;(10)X射线单晶衍射,用于研究大分子结晶学:如蛋白质的原子结构与功能;生物反应的时间相关性机理;(11)X射线非弹性散射,用于研究声子激发、电子激发和基态的电子相关性;图3 同步辐射与物质相互作用及其次级过程示意图Fig13 The second process diagram of interaction be2 tween SR and matter(12)康普顿散射、康普顿磁散射,用于研究材料中电子动量分布,铁磁物质电子磁性.412 光谱学与光谱化学分析 (1)光电子光谱学,研究特殊功能材料如高温超084云南大学学报(自然科学版) 第30卷导材料、磁性材料和高电子相关性材料的电子结构;(2)原子与分子光谱学,研究中性原子和简单分子的光离化光谱、光子吸收光谱和光电子光谱;多电荷离子光谱;(3)X射线荧光光谱学,研究超微量元素分析;微量元素的化学状态,考古和地质学研究;(4)X射线吸收光谱的精细结构、X射线吸收光谱学,研究非晶态物质、薄膜、催化剂、金属蛋白和液体中指定原子周围的原子结构与电子态;(5)X射线圆二色分析,用于研究固体、薄膜和表面的磁学性质,测定轨道和自旋磁矩;(6)X射线光子相关光谱学,研究原子尺度无序系统动力学,临界点附近的密度起伏;(7)红外光谱学包括红外显微光谱学,研究各种物质的红外反射和吸收,测定物质的分子结构. 413 X射线成像术 (1)折(射)衬成像术,用于研究低吸收样品的成像;(2)相衬成像术,用于研究生物样品的X射线干涉成像;(3)X射线显微层析摄影术,用于研究物质结构的三维图像,X射线荧光显微层析;(4)X射线荧光显微学、X射线扫描显微学,研究痕量元素分布图;(5)X射线显微学,研究材料放大的显微图像;(6)X射线形貌学,研究晶体生长的静态和动态过程,晶体的相变和弹性形变,晶格的缺陷;(7)X射线全息学,直接研究物质三维原子图像;(8)X射线光电子发射显微学,研究表面化学反应及磁畴结构等;(9)X射线光学,研究相干X射线成像技术和X射线量子光学技术.5 应用研究亮点举例当前,世界范围内数十座同步辐射光源在不停运行.据斯坦福大学、加州伯克利分校同步辐射实验室资料介绍,每年有上千位学者、研究人员分别到他们实验室做访问研究,研究成果正在源源不断作出.限于篇幅,不可能一一做详细介绍,为了对相关领域研究成绩得到初略了解,这里仅就其研究亮点作如下扼要介绍:511 同步辐射服务于航空航天与宇宙观测的相关研究 1990年,美国“发现”号航天飞机将哈勃太空望远镜送入太空.316a和618a后,美国航空航天局从哈勃望远镜回收的样本发现,其镀铝FEP (Fluorinated ethylene propylene,氟化乙丙烯)特氟隆反射镜表面发生龟裂和塑料性能退化,认为太阳耀辉的真空紫外和软X射线辐照是使塑料性能改变的直接原因.经布鲁克海文(Brookhaven)国家实验室用18nm(69eV)至0165nm(1900eV)的同步辐射(相当于太阳耀辉发射的真空紫外辐射和软X 射线),照射镀有100nm厚铝膜的FEP特氟隆塑料,进行等剂量模拟实验,结果显示特氟隆塑料的退化与龟裂程度比预期的小[6].哈勃太空望远镜运行轨道在地球上空575km轨道上,属低轨道飞行器,除太阳耀辉辐射外,其它环境因素如大于10 K eV的连续X射线、电子和质子辐射、热交换、辐射与热循环协同效应等都会加速特氟隆塑料的退化,因此低轨道航天器的环境成分及其对航天器的影响还须作进一步研究.512 超光学成像[7] 显微镜、望远镜、照像机及各种光学仪器(包括人眼)成像都离不开透镜,由于透镜的衍射效应,常规光学仪器的图像质量和分辨率受透镜孔径和光源波长的限制.在光频区域,费涅尔波带片具有成像功能,但未能普遍应用.上世纪末提出X射线非透镜成像的设想,同步辐射光源和自由电子激光器提供的相干X射线,促成了相干X射线学的迅速发展,相继出现X射线相干衍射、X射线光子相关光谱学、班纹干涉计量学和超快速探测等实验新技术,并把分辩率扩展到原子尺度,时间探测达到飞秒水平.另一方面,X射线相干光学也得到发展,H1H1Quiney et al1在美国APS(Advanced photon source)同步辐射光源的XOD束线实验站展示了被称做超光学成像(Imag2 ing beyond optics)的研究.这项全新的成像技术,利用X射线波带板做成像器件,产生复波场图像,不需要透镜,图像分辩率能达到原子尺度水平,且与所使用的波长无关.它的这一优点,在许多研究领域如生物分子三维结构测定将得到重要应用. 513 单壁纳米碳管(SWCN)氢存储机理研究———纳米科学 在未来的二三十年里,减少煤和其它石化产品消耗,降低温室气体排放,开发新能源,是世界各国共同的奋斗目标.太阳能、风能、热核能、氢燃料及近期提出的“种石油”等能源开发方案中,氢184第5期 曾昭权:同步辐射光源及其应用研究综述燃料的利用也十分引人关注.氢很容易从电解水或用其它方法如光催化方法制得,存储氢的燃料箱可以将氢作为动力或燃料,甚至用于发电.因此研发安全、高效、轻便的氢存储介质是氢能源得以成功应用的关键.A1C1Dillon[8]指出纳米碳管是最有应用前景的氢存储介质.A1Nikitin等在斯坦福大学的同步辐射光源SSRL上研究碳管的吸附机理,所得X射线光子光谱和X射线吸收光谱显示,纳米碳管对氢呈化学吸附,吸附效率按质量百分比率计算可达6%左右.纳米碳管的氢解吸附研究也很重要,特殊情况下加热到50～100℃度便可解吸附.纳米碳管氢燃料存储的开发研究既属能源开发,同时又是纳米科学关注的研究课题,因此倍受关注. 514 利用单分子衍射构建生物分子三维结构图[9] 生物大分子结晶学惯常要求测定生物大分子三维结构,如何获得大尺寸高质量大分子晶体是研究工作的主要困难,为此寻找测定分子立体结构新的实验方法,一直是科学研究者努力的目标.对低分子量生物分子,核磁共振(NMR)可以获得很好的结果.迅速发展的低温电子显微技术(Cryo-EM)弥补了NMR的不足,其单分子成像分辩率达到017～10nm水平.辐射损伤、样品移动及低对比度使低温电子显微技术应用受到一定限制.J1Mao 及其同事利用康乃尔大学同步辐射光源CAMD和加州大学伯克利分校的AL S装置,首先得到X射线波带板产生样品冰冻干酵母的单分子二维衍射图像,然后用迭代计算法提取图像的位相讯息,最后构建得到样品的三维图像,图像分辩率40nm,这种技术称做XRM或X射线衍射显微术.研究者相信对于非周期生物样品,XRM的分辩率可以达到10nm甚至更低.515 X射线多波长反常衍射(MAD)测定生物大分子结构———生命科学研究 测定生物大分子结构,多波长反常X射线衍射(MAD)能够得到最高的图像分辩率.1999年加州大学的H1Noller等[10]制备得完整的核蛋白结晶体,用该校同步辐射装置AL S的510121束线测定分子结构,其图像分辩率为0178nm;2001年M1M1Yusupov,H1noller 等[11]将分辩率提高到0155nm;2005年B1S1Schuwirth,J1H1D1Cate等[12]又将细菌核蛋白体分子结构分辩率推进到0135nm,达到目前最高水平.在此高分辩率下,足以清楚辩别RNA中不同核苷的电子密度分布,研究者可根据这些结果重新审视以往的结论,提出新见解,进行新的理论分析.核蛋白体分子巨大,且结构不对称,不易得到完整无缺的晶体,这是目前研究工作成败的关键.统计资料显示,国际蛋白质资料库PDB从1971年始,至2006年7月共收集巨型蛋白质分子结构37 874个,其中5571个由核磁共振(NMR)测得,占14171%;32096个由X射线单晶学方法测得,占8716%.1990年用同步辐射测定的分子数只占18%,2005年所占比例上升到76%,往后可望达到90%以上.516 同步辐射红外束线用于有机半导体器件开发———材料科学研究 美国的A1J1赫格尔和A1G1麦克德米德及日本的白川秀树发明导电塑料,彻底颠覆了人们对塑料是绝缘体不导电的认知,他们3人因此获得2000年诺贝尔化学奖.此后导电塑料的开发利用一直备受关注,其中有机聚合物半导体器件究发更是格外受人青睐.由于该材料重量轻、易成型、价格低,易于大规模生产,与硅半导体器件相比自有其独特的应用.有机半导体器件特别适用于制作超大面积屏幕显示器、化学和生物传感器、太阳能电池等1在其它领域,同硅半导体器件一样也能得到广泛应用.当前研究多集中于材料性能和机理分析.2006年Li Z Q等[13]为开发有机半导体聚合物场效应晶体管(FET)和其它固体电子器件,用同步辐射的红外光谱显微镜探测FET晶体管载流子的固有电学性质,测定在不同条件下导电通道内载流子电荷的密度分布,比较半导体-绝缘层的不同组合对载流子浓度的影响等.该项研究得到美国能源部研究基金资助.517 极端条件下物质结构与相变研究 高温、高压、低温、强光场、强电场、强磁场等极端条件下,物质往往表现出异常性质,低温超导、超流效应已为人所熟知.还有其它例子,如高压下四碘苯醌显示出超导性质;同样在高压下不用催化剂实现乙炔的聚合物反应.极端条件下物质的结构与相变长期以来一直是研究工作的热点之一.最新的一项重要研究,NSRRC(中国台湾)同步辐射光源研究中心Y1Q1Cai领导的一个研究小组于2005年4月15日宣布[14],从X射线衍射、X射线拉曼散射和光学拉曼散射实验获得的光谱数据显示,冰在高压和4～50K低温下可能存在新的物相.这一论断把水的相结构由三相(水蒸汽、液态水和冰)变为四相,另一方面预示着水分子结构可能出现新突破.在美284云南大学学报(自然科学版) 第30卷国能源部科学研究基金支持下,阿贡国家实验室的W1L1Mao,H1K1Mao等于次年即2006年10月发表研究报告[15]称,在低温下对冰施加13GPa的超高压,用适当强度的X射线照射样品,水分子将发生键裂,生成氢分子和氧分子的混合物.他们的实验分别在美国阿贡国家实验室APS及日本S pring -8同步辐射光源上完成.有评论认为该成果令人惊异,所产生的氢氧混合物是一种高能材料,在获得氢能源方面又多了一种制备方法.518 同步辐射应用于分子环境科学研究[16] 分子环境科学不同于一般意义的环境保护研究,它充分利用同步辐射光源的优异性能,主要采用X射线吸收光谱(XAS)或扩展X射线吸收精细结构光谱(EXAFS)方法,研究环境元素原子的电子结构(如氧化价的数目、能级的占有率)及其周围环境状况(周围原子类型、配位数、键长、键角),从而从分子水平认识环境元素细微结构特征.这种方法已广泛应用于触媒、灰份、污染土壤、微生物吸附重金属和纳米碳管等分子环境科学的研究.如零价纳米铁粉去除污染水中的镉,纳米镍锌磁氧化铁矿分解二氧化碳和转基因大肠杆菌吸附重金属汞等都是近期有意义的尝试.斯坦福大学SSRL同步辐射光源实验室的C1C1Fuller等使用近边缘X射线吸收精细结构光谱(N EXAFS)分析法,在铀放射污染治理方面做了许多研究.519 X射线付立叶变换全息照相术[17] 随着同步辐射光源波荡器相干X射线和自由电子激光的出现,上世纪中期发明的光学全息照相术立即被扩展到X射线波段.为改善光学显微镜高放大倍率图像质量,通常做法是增加照明光源强度;为提高X射线显微镜的图像质量,也可以采用同样办法但以不损伤样品为原则,因而X射线强度增加是有限的.W1F1Wchlotter等研究成功的X射线付立叶变换全息照相技术,用超短脉冲X射线频闪照相,既改善了图像质量,又不致损坏样品,特别适用于生物样品、塑料制品及亚皮秒动力学过程研究.为产生全息干涉图,不透明屏上刻制的纳米尺度的多个小孔作为生成多重参考光束的器件,当软X射线从中穿过,并与来自样品的物体光束分别相干,再经付立叶变换和图像重建,便得到物体的三维全息图像.这一技术的成熟应用,寄希望于相干性、光源强度和脉冲结构更好的同步辐射X射线新光源.5110 同步辐射破解考古之谜 考古工作常常需要借助现代科学技术解答一些疑难问题.这里以陕西出土文物秦甬及其“中国紫”为例,说明同步辐射能很好用于考古研究.秦甬硫璃片上局部显示紫色,称做中国紫.考古学家的问题是中国紫的来源?埃及蓝、马雅蓝和中国紫是迄今人类发现最古老的颜料,有一种认为中国系由埃及蓝演变而来,但从年代推算,否定了这一论断.因为官方丝绸之路开启于公元前125世纪,而中国紫应发生在战国时期,约为公元前479～221世纪,时代相隔太远. Z1Liu,A1Mehta等于2007年1月发表同步辐射研究论文[18],详细解说了中国紫的来历,认定中国紫是当时的道士的发明,其最初目的试图仿造翡翠,发现加入含中国紫颜料后能增强硫璃片的反光率.他们还指出中国紫颜料的发明对青铜器制造和陶器技术的发展起到促进作用.6 结束语今同步辐射光源的应用研究方兴未艾,创新性研究成果正源源不断作出.全世界的同步辐射实验室一般都实行开放管理,欢迎有关学科研究人员参与单独或合作研究,有的实验室还设有专门的科研基金,供需要者申请,为广大科技工作者尽可能提供方便.这一情况值得关注,如有需要,可向相关实验室提出参与有关研究的要求.参考文献:[1] MARIOR J B.Classical electromagnetic radiation[M].New Y ork:Academic Press,1965.[2] SCHO TT G A.Electronagnetic radiation[M].Lon2dond:Cambridge University Press,1912.[3] SCHWIN GER J.Frequency character of synchrotronradiation[J].Phys Rev,1949,75:1912.[4] SPRIN G-8SRS.A brief introduction of spring-8SRS[M].Hyogo:Spring-8Publisher,2005.[5] NSRRC.How a SRS work[M].Hsinchu,Taiwan:NSRRC Brochures,2005.[6] MIL IN TCHOU K A.Influence of X-ray S olar FlareRadiation on degradation of space[J].J S paceer Rock2ets,1997,34(4):5422548.[7] QU IN EY H,PEEL E A G,CAI Z,et al.Imaging be2yond optics[J].Nat Phys.2006,2:101.(下转第488页)384第5期 曾昭权:同步辐射光源及其应用研究综述。
日本将提高大型同步辐射光源“SPring-8”性能
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６ 结 束语 本文对检 定机械式 温湿 度计 的湿 度参 数 的测 量不 确 定度进 行 了分 析 ， 确定 了不确定 度 的来 源 ， 特别是 针对 采
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《 计量与溺试技 术》 约１ ３年第４ ０卷第 ６期
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作者简介： 李群芳 ， 女， 助理工程师 ， 工作单 位 ： 江西东华计 量测试研究 所。
通讯地址 ： ３ ３ ０ ０ ２ ９江 西 南 昌南 池 路 ２ ２ ９ 号。
其中： 露点 温 度 最 大 允 许 误 差 由 Ｖ Ｉ Ｓ Ｉ Ｏ Ｎ精 密 冷 静式 露 点 仪 使 用 说 明 书 给 出 ， 为 ±０ ． ２ ℃， 取 ｋ＝２ ， 则
同步辐射光源
/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。
辐射同步光源
辐射同步光源辐射同步光源 (Synchrotron Light Source) 是一种重要的科学研究工具，它能够产生高亮度、高能量的同步辐射光。
这种光源在物理、化学、材料科学、生命科学等领域有着广泛的应用。
本文将介绍辐射同步光源的原理、应用和未来发展方向。
一、原理辐射同步光源是利用电子在加速器中运动时产生的高能量电磁辐射。
加速器中的电子被加速到接近光速，并通过弯曲磁铁使其做圆周运动。
当电子在弯曲磁铁中运动时，会发生加速和辐射能量的损失，从而产生电磁辐射，即同步辐射光。
这种光的特点是强度高、束流稳定、极化程度高，并且覆盖了广泛的波长范围，从红外到X射线。
二、应用辐射同步光源在科学研究中有着广泛的应用。
首先，它可以用于材料科学研究。
通过辐射同步光源可以研究材料的结构、成分、动力学等性质，对于材料的设计和合成具有重要意义。
其次，辐射同步光源在生命科学中也有重要应用。
它可以用于研究生物分子的结构和功能，揭示生命活动的机制，为新药研发提供理论依据。
此外，辐射同步光源还可以用于物理学、化学等领域的研究，如表面科学、催化剂研究、环境科学等。
三、未来发展随着科学研究的不断深入，对辐射同步光源的需求也越来越大。
未来的发展方向主要有以下几个方面。
首先，提高光源的亮度和稳定性。
亮度是衡量辐射同步光源性能的重要指标，未来的研究将致力于提高光源的亮度，以满足更高精度的实验需求。
其次，扩展光源的波长范围。
目前的辐射同步光源主要覆盖了红外到X射线的波长范围，未来的发展将进一步扩展到更长波长的红外光和更短波长的硬X射线。
此外，还需要开发更先进的探测技术和数据分析方法，以提高实验的灵敏度和分辨率。
最后，加强国际合作和交流。
辐射同步光源是一项高投入、高技术的研究设备，需要各国共同努力，加强合作，共享资源和经验，推动辐射同步光源的发展。
辐射同步光源作为一种重要的科学研究工具，在物理、化学、材料科学、生命科学等领域有着广泛的应用。
随着科学研究的发展，辐射同步光源的亮度、稳定性和波长范围将得到进一步提高，为科学研究提供更好的条件和更广阔的发展空间。
同步辐射光源研究与应用
同步辐射光源研究与应用第一章：引言随着科技的发展，同步辐射光源已经成为了现代物理研究不可或缺的重要设备，它的出现为物质的研究提供了前所未有的机遇。
同步辐射光源主要是指采用电子加速器产生高速电子束，通过弯曲磁铁使电子产生同步辐射，产生宽频率、纵向相干的非相干光，为研究物质的结构、性质、动力学等提供了极其完美的条件。
因此，本文将针对同步辐射光源的研究和应用进行深入探讨。
第二章：同步辐射光源研究2.1 同步辐射光源的产生原理同步辐射光源的产生原理主要是利用电子加速器产生高速电子束，通过弯曲磁铁使电子产生同步辐射。
同步辐射光源中的电子束以近光速的速度运动，引起磁场变化，产生的同步辐射电磁波谱的强度是非常大的。
2.2 同步辐射光源的分类根据同步辐射光源发射的光子能量范围，可以将其分为中低能同步辐射光源、高能同步辐射光源和极高能同步辐射光源。
2.3 同步辐射光源的特点同步辐射光源的特点包括：(1) 宽频谱：同步辐射光源发射的光子能量范围很宽，光谱能够覆盖紫外、可见、红外甚至到X射线。
(2) 相干度高：同步辐射光源发射的光子具有高度相干性，使得它能够解决细小样品的结构问题。
(3) 强度大：同步辐射光源发射的光子强度大，非常适合用于弱信号检测。
2.4 同步辐射光源的应用同步辐射光源一直以来都是物理学和化学领域的重要研究工具，其应用非常广泛。
主要包括：(1) 用于物质研究中的结构表征：同步辐射光源可以非常精确地测量物质的晶体结构和单个分子的构象，对于研究物质的热力学和动力学过程非常重要。
(2) 在生物学研究中的应用：同步辐射光源可以用于生物体内靶标的成像，以及对生物大分子的结构和功能进行研究。
(3) 用于表面科学的研究：同步辐射光源对于表面科学的应用范围广泛，可以进行表面成分和结构的分析，从而进一步研究其物性。
(4) 用于材料科学的研究：同步辐射光源可以用于材料的表征和结构分析，对于材料的研制和应用有着非常重要的意义。
同步辐射紫外光源
同步辐射紫外光源
同步辐射紫外光源是一种能够产生高强度、高纯度紫外光的装置，利用同步辐射技术，能够获得波长范围在10-120 nm、单色性好、相干性强、亮度极高的紫外光。
由于这些特性，同步辐射紫外光源在科学研究、材料科学、光刻技术等领域有广泛的应用。
同步辐射光源的优点包括：
高亮度：同步辐射光源的亮度比传统的光源高很多，可以在很小的空间和时间范围内获得高强度的光束，有利于进行高分辨率和高灵敏度的实验。
宽波段：同步辐射光源的波长范围很宽，可以覆盖从远红外到硬X射线的整个电磁波谱，因此可以应用于各种不同的实验和研究领域。
高稳定性：同步辐射光源的稳定性很高，可以长时间连续运行，并且光束的强度和波长不会随时间发生变化，有利于进行长时间和高精度的实验。
高纯净度：同步辐射光源的光谱纯度很高，可以用于单色光谱实验和光学频率测量等高精度实验。
因此，同步辐射紫外光源是一种非常重要的科研设备，可以应用于许多不同的研究领域，为科学和技术的发展做出重要的贡献。
日本同步实验报告
实验名称：日本同步实验实验时间：2023年4月10日实验地点：我国某高校同步实验室实验目的：1. 了解日本同步实验的基本原理和方法；2. 掌握日本同步实验的操作步骤；3. 通过实验，验证日本同步实验的准确性和可靠性；4. 提高对我国同步实验技术的认识。
实验原理：日本同步实验是一种基于日本同步卫星的实验技术，通过地面接收站接收日本同步卫星发送的信号，进行数据处理和分析。
该实验技术具有实时性强、精度高、覆盖范围广等特点。
实验步骤：1. 准备工作：检查实验设备是否正常，连接地面接收站与同步实验室之间的信号线。
2. 设置参数：根据实验需求，设置地面接收站的工作参数，如频率、带宽等。
3. 接收信号：启动地面接收站，接收日本同步卫星发送的信号。
4. 数据处理：对接收到的信号进行解码、滤波、去噪等处理，提取有用信息。
5. 分析结果：对处理后的数据进行统计分析，得出实验结论。
6. 实验总结：对实验过程进行总结，提出改进建议。
实验过程：1. 准备工作：检查实验设备，连接地面接收站与同步实验室之间的信号线，确保设备正常运行。
2. 设置参数：根据实验需求，设置地面接收站的工作参数，如频率为20.2GHz，带宽为500MHz。
3. 接收信号：启动地面接收站，接收日本同步卫星发送的信号。
在接收过程中，地面接收站显示信号强度、频率、带宽等参数。
4. 数据处理：对接收到的信号进行解码、滤波、去噪等处理。
在处理过程中，地面接收站显示处理后的信号波形。
5. 分析结果：对处理后的数据进行统计分析，得出实验结论。
通过实验，验证了日本同步实验的准确性和可靠性。
实验结果：1. 实验过程中，地面接收站成功接收到了日本同步卫星发送的信号，信号强度稳定，频率、带宽符合预期。
2. 通过数据处理，提取了有用信息，包括信号强度、频率、带宽等参数。
3. 分析结果表明，日本同步实验具有较高的准确性和可靠性。
实验总结：1. 本次实验成功验证了日本同步实验的准确性和可靠性，为我国同步实验技术的发展提供了有力支持。
世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收
世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收【摘要】本文介绍了世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收的情况。
首先从建设背景入手，在技术原理部分解释了该装置的工作原理。
接着详细介绍了验证方法和实验结果，展示了该装置的可靠性和效果。
最后探讨了应用前景，指出该装置在未来具有广阔的应用前景。
结论部分强调了该装置通过验收的重要意义，为相关领域的研究和发展提供了有效的工具和支持。
通过验收的世界最亮同步辐射光源验证装置的建设和应用将有助于推动同步辐射光源领域的发展，同时也为相关科研工作者提供了更多的实验可能性和研究方向。
【关键词】建设背景, 技术原理, 验证方法, 实验结果, 应用前景, 世界最亮同步辐射光源验证装置, 验收, 重要意义1. 引言1.1 世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收，标志着该装置在技术水平和性能表现上取得了令人瞩目的成绩。
这一项成果不仅是团队几年来不懈努力的结果，更是科技领域的一项重大突破。
通过验收，验证装置所具备的前沿技术和创新功能得以充分展现。
其建设背景涉及到国家科研实力的增强和科学研究需求的提升，技术原理则包括了同步辐射光源的发展历程和关键技术的突破。
验证方法采用了一系列严谨的实验设计和操作流程，以确保实验结果的准确性和可靠性。
实验结果表明，该装置的光源亮度和稳定性达到了世界领先水平，为相关领域的科研工作提供了重要支持。
未来，这一成果将为材料研究、生命科学和医学等领域的发展带来新的机遇和挑战。
世界最亮同步辐射光源验证装置的通过验收将为科研人员提供更广阔的研究空间和更丰富的实验手段，促进科技创新和学术交流的深入发展。
此次验收的成功意味着该装置在未来的应用前景中将发挥更为重要的作用，为推动科学技术的跨越发展贡献力量。
2. 正文2.1 建设背景世界最亮同步辐射光源验证装置通过验收为科学研究领域的发展提供了重要支撑。
在现代科学研究中，尤其是在物理、化学、生物等领域，对于材料结构、生物分子结构等微观结构的研究越来越需要更强大的同步辐射光源。