同步辐射装置简介
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？
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。
同步辐射光电离光解离
同步辐射光电离光解离1. 介绍同步辐射光电离光解离是一种先进的实验技术，利用同步辐射光束与分子相互作用，研究分子结构和动力学过程。
本文将详细介绍同步辐射光电离光解离的原理、实验装置和应用。
2. 原理同步辐射是指在粒子加速器中加速高能电子或正负离子，使其通过磁场弯曲而产生的高强度、高频率的电磁辐射。
这种辐射具有连续谱、相干性和极窄带宽等特点。
当同步辐射与分子相互作用时，可以发生光电离或者光解离等过程。
同步辐射光电离是指分子吸收同步辐射能量后发生电子脱落的过程。
当入射同步辐射能量与分子内部能级之间存在共振时，就会发生共振增强效应，从而增加了电离截面。
通过测量不同能量下的电离截面，可以得到分子内部能级的信息。
同步辐射光解离是指分子吸收同步辐射能量后发生化学键断裂的过程。
通过测量不同能量下产物的分子碎片质谱，可以推断出反应的机理和动力学过程。
同时，还可以研究分子内部结构的改变。
3. 实验装置同步辐射光电离光解离实验装置主要包括以下几个部分：3.1 加速器加速器用于加速电子或正负离子，产生高能量的同步辐射。
常用的加速器有电子直线加速器和环形加速器。
电子直线加速器通过一系列的加速腔将电子加速到高能量，而环形加速器则利用磁场将带电粒子弯曲成环形轨道，并不断增加其能量。
3.2 辐射源辐射源是产生同步辐射光束的地方。
它通常由弯曲磁铁和入射光束管道组成。
弯曲磁铁可以使得入射粒子轨迹发生弯曲，从而产生同步辐射。
入射光束管道用于引导和聚焦光束。
3.3 分子束装置分子束装置用于将气态分子转化为准连续的分子束，以便与同步辐射光束相互作用。
常用的分子束装置有超声波喷雾和热蒸发等方法。
3.4 光电离和光解离区域光电离区域用于测量分子的电离截面，可以通过探测器测量产生的电离电荷。
光解离区域则用于测量产物的质谱，从而推断出反应机理和动力学过程。
4. 应用同步辐射光电离光解离技术在化学、物理和生物等领域具有广泛的应用价值。
在化学领域，同步辐射光电离可以研究化学反应的机理和动力学过程。
同步辐射光源的原理、构造和特征
同步辐射光源的原理、构造和特征一、引言同步辐射光源是用于研究物质及其性质的实验设备，具有较高的光强、高的光能、独特的光谱结构和极高的时间分辨率等优势。
本文将介绍同步辐射光源的原理、构造和特征。
二、同步辐射光源的原理同步辐射是指将一个瞬态电子束与一束恒定的光束相互作用，从而产生一束“同步辐射”光。
同步辐射光源的原理是利用加速器束流通过铁磁材料，产生高度双极性轴向磁场而产生的光。
同步辐射源是通过制造同步辐射光的装置而实现的。
同步辐射源由四个模块组成：加速器、储存环、辐射与探针线和探测器。
三、同步辐射光源的构造同步辐射光源的构造包括以下部分：1. 加速器加速器是同步辐射光源的核心部分。
它主要提供电子束，使的电子束在磁铁的作用下形成粒子束，在交替加速和弯曲作用下被带到储存环中运动。
2. 储存环储存环是一种特殊的加速器装置，电子束在其中被稳定运动。
储存环中有许多磁铁，在磁场中粒子将被弯曲，形成轨道，从而形成减速器所需的同步辐射光子束。
3. 辐射与探针线辐射和探针线由许多磁铁和探针组成，探针的位置、数量和类型可以根据需要变化。
主要作用是控制同步辐射光子的强度和能量分布。
4. 探测器同步辐射光源的探测器主要用于检测同步辐射光子，通过探测器可以获得同步辐射光的能量、时间分辨率和频率等信息。
四、同步辐射光源的特征同步辐射光源具有以下特征：1. 高光强同步辐射光源的光强比传统光源高出几个数量级。
2. 高光能同步辐射光源在200eV到10MeV的范围内具有广谱能量，可以用于各种应用领域。
3. 独特的光谱结构同步辐射光源的光谱结构具有非常高的能量分辨率，可用于分析物质中微小区域的结构和成分。
4. 高时间分辨率同步辐射光源的时间分辨率高于其他光源，可以获得物质的动态过程。
5. 可调控性同步辐射光源可根据需要调节光强、能量和时间分辨率等参数。
五、同步辐射光源是一种重要的实验设备，具有很高的科研价值。
本文介绍了同步辐射光源的原理、构造和特征，希望能对相关领域的研究者有所帮助。
北京同步辐射装置操作手册
北京正负电子对撞机国家实验室HANDBOOK OF BEIJING SYNCHROTRON RADIATIONFACILITY北京同步辐射装置操作手册（修订稿）1W1A束线和漫散射实验站北京正负电子对撞机国家实验室办公室编印2008年02月1W1A束线和漫散射实验站一、概述北京同步辐射装置1W1A光束线是一条双聚焦的单色X光束线，主要光学元件是一个斜切的三角形弯晶单色器和一个压弯平面镜组成。
单色器有两组晶体：Si（220）和Si（422），分别选择1.54埃和0.89埃波长的单色光，完成同步辐射光的单色化和水平聚焦功能。
目前主要使用Si（220）晶体，选择1.54埃的单色光。
反射镜为Al基地上镀500埃的Pt膜，实现同步辐射光垂直聚焦功能并消除高次谐波。
1W1A束线装置和光路分别如图1、图2中所示。
图1 1W1A束线装置图图2 1W1A束线光路图4W1C光束线性能参数：单色器：尺寸(mm3) --- 100(l) × 30(w) × 1(t)斜切角(°) --- 14.7衍射角(°) --- 23.65晶体压弯曲率半径(m) --- 31光源到晶体距离(m) --- 20晶体到样品距离(m) --- 5反射镜：尺寸(mm2) --- 800(l) × 80(w)掠入射角(°) --- 0.2 - 0.35镜子压弯曲率半径(m) --- 1740.87 - 994.78光源到镜子距离(m) --- 21.6镜子到样品距离(m) --- 3.4样品点：聚焦光斑尺寸(mm2) --- 0.7(l) × 0.4(w)单色光能量分辨率(Si(220)) --- < 4.4 × 10-4二次谐波（Si（220）） --- < 0.2%X射线漫散射实验站:实验站的主要设备有: 五圆衍射仪、探测器系统。
五圆衍射仪：一个可以绕入射光在水平和垂直位置翻转的 Huber四圆衍射仪, 其中θ圆的最小步长为 9", 2θ圆的最小步长为 9", 绝对转动精度为 30", 重复精度为 2"（图3是处于掠入射状态下五圆衍射仪的照片）。
同步辐射的原理
同步辐射的原理同步辐射是一种高亮度、高亮度的电子储存环，能够产生高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射。
同步辐射原理的理解可以从以下几个方面进行描述：1. 加速器系统：同步辐射装置最核心的部分是加速器系统，其可以加速高能量和高速度的电子或正电子。
加速器系统通常由线性加速器和储存环组成。
线性加速器能够将电子加速到一定的能量，然后将其注入到储存环中。
储存环则能够保持电子在一个封闭轨道上运动，使其得以在一个封闭轨道上循环运动。
电子在储存环中运动时，会不断向外辐射能量。
2. 物理现象：当电子通过磁铁时，其速度和径向位置的变化会产生一个横向的加速度，使电子偏离原来的轨道，形成一个摆动的运动轨迹。
这个摆动的频率正好是电子的动能与磁场强度之比的倍数（基频倍数）。
摆动减小后，电子返回到初始轨道，但因为定律不变性的原因，电子会在轨道的垂直方向上失去能量，同时施加在电子上的加速度会向外辐射能量。
3. 辐射源：同步辐射器中的辐射源为电子束，其在储存环内的运动造成辐射。
加速器系统中的电子束具有极高的亮度，即电子束的强度和横向尺寸都非常小。
这使得同步辐射器所产生的辐射具有高亮度和相干性。
辐射的能量范围取决于加速器系统中的电子能量。
4. 产生辐射：同步辐射是由电子束中的加速电子发射的。
当电子通过磁场时，其速度会发生变化，产生一个横向加速度。
这个加速度使电子发射出能量，形成一个辐射波束。
辐射的频率和能量与电子的能量和磁场强度有关。
同步辐射波束辐射出的光经过系统的光学装置后，变成高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射，如X射线或紫外线等。
总结来说，同步辐射的原理是通过加速器系统将高能量和高速度的电子，经过同步辐射器的辐射源发射出能量，形成高能、高亮度、相干、准直、脉冲或连续的电磁辐射。
这种辐射广泛应用于材料研究、生物科学、化学、物理学等众多领域，成为研究微观结构和精细材料特性的重要工具。
同步辐射
同步辐射应用: 生命科学
• 探索生物大分子(蛋白质)的结构 • 了解生命过程,从结构研究进入到 功能研究的领域。 蛋白质动力学的不少领域的时间 尺度是落在第三代同步辐射光源的 时间分辨领域中的，如：分子间振 动（fs-us）、有序-无序转变（nsms）、酶作用（ms）、蛋白质-蛋 白质相互作用（ps-ms）、质子/电 子迁移反应（ps-ms）、金属-配 合基（ligand）结合（ps-ms）
同步辐射的由来
• 1947年, GE在70MeV同步加速器 (synchrotron )上首次观察到理论物 理学家预言的一种辐射, 起名为 synchrotron radiation 即“同步加速 器辐射” 。 • 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,被科学家 看作一种需要消除的副作用.直到20 年后人们才发现它有重要的用途. • 中文翻译把同步加速器辐射简化为 同步辐射。
- 用LIGA技术生产出可植入人体的微型电机，其直径只约为1mm，厚度为 1.9mm，重量为0.1g，转速为10万转，直径细如发丝：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X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 利用同步辐射光源只需要几秒。 • 宽波谱：覆盖了红外、可见、紫外和X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 所需要的波长,进行单色光的实验。 • 高准直：同步辐射的发射度极小,准直性可以与激光相媲美。 • 脉冲性：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，也即，同步辐射是脉冲光源，脉冲的宽度为100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。 • 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 定参数的取向问题。
北京同步辐射装置X射线成像技术介绍
布拉格角 14.3 9.5 7.1 5.6 4.7
光斑视场mm 20×12 14×12 11×12 8×12 7×12
光源
ss
空间分辨率
物点
像斑
d
L
d
空间分辨率主要由三个因素决定：
光源尺寸ss 光源到物的距离L 物到像的距离d
dh
2s x d L
5m
dv
2s y d L
1.8m
（水平） （竖直）
探测器
英国Photonic Science公司 FDI-18mm X射线CCD探测器 像素尺寸：10.9µm×10.9µm，像素阵列：1300×1030 视场范围：14mm×11mm
英国Photonic Science公司 VHR-16M X射线CCD探测器 像素尺寸：7.4µm×7.4µm，像素阵列4872×3248 视场范围：36mm× 24mm（可选区成像）
X射线形貌术--应用实例
1、一次曝光拍摄多组晶面的衍射图像---白光形貌术
透射式白光形貌术获得的金刚石晶体的白光形貌像（入射光沿[100]方向）
2. KDP晶体的形貌研究
KDP晶体的劳厄斑点
[103]晶面的衍射斑点
[132]晶面的衍射斑点
3. 晶体相变过程的实时观察---铌酸钾（KNbO3）晶体相变过程的实时研究
铌酸钾晶体的相变过程为：三方相 10C 正交相 225C 四方相 435C 立方相 图(a)是室温下的形貌像，晶体为正交相。图(b)是相变温度附近的形貌像，显示晶 体正发生相的转变。图 (c)为相变后的形貌像，晶体为四方相。
二、X射线相位衬度成像
，干涉法 ， 衍射增强成像、光栅成像 2 ，同轴相位衬度成像
同步辐射及应用
同步辐射及应用同步辐射是什么？同步辐射是一种性能优异的光源，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。
形象的说，同步辐射的轨迹就如同转动湿漉的雨伞时沿着伞的切线方向飞出的水滴。
由于它最初是在同步加速器上观察到的，所以被称为“同步辐射”。
图1. 同步辐射装置示意图自1965年发现同步辐射以来，经历三代的发展，目前已开始建造第四代同步辐射光源。
同步辐射的亮度也从107增加到1024，大约相当于太阳光亮度的100亿倍和医用X光机的1000亿倍。
如果把光比作一把尺子，那么波长就是尺子上的刻度。
波长连续可调的同步辐射就像一把可以连续调节长度的软尺，包含了从红外线、可见光、紫外线、到X射线等一系列不同波长的光。
同步辐射的另一个特点是准直性好，也就是说方向性好，能把高亮度的光集中在一个很小的区域内沿着某个特定的方向发射出去，类似激光。
不同的同步辐射光源其光的特性也有不同。
以合肥的国家同步辐射实验室（NSRL）为例，它是我国第一台以真空紫外和软X射线为主的专用同步辐射光源，由一台能量200 MeV的电子直线加速器作注入器，加速电子至接近光速后注入一台能量为800 MeV的电子储存环中，在一个均匀磁场的作用下，电子在一个环形中运行，在环的不同位置的切线方向上引出十四条光束线，产生的同步辐射光最强区域在真空紫外和软X射线波段；而日本SPRing8光源的储存环能量是8 GeV（居世界第一），其能量是合肥同步辐射光源的十倍，最强波段则在硬X射线波段。
同步辐射能做什么？同步辐射是多学科交叉的研究平台。
当我们想研究特定样品体系时，依照微观尺寸范围选取不同波长的光，而同步辐射宽光谱特性可以保证我们方便地选取和利用不同波长的光。
例如：研究分子团簇的类别时，使用红外光；研究分子间结构时，使用真空紫外光；对原子内部结构进行解析时，则需要X射线。
与可见光一样，同步辐射也具有透射、散射、吸收、衍射等光学特性，使用这些特性对物体进行测试，可以获得原子、电子和分子等信息。
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C=432m
8个实验线站
实验站名称 XRD衍射线站 生物大分子晶体学线站 硬X射线微聚焦及应用线站 X射线散射线站 X射线成像与生物医学线站 功能 高分辨粉末衍射、共振散射等 研究蛋白质、病毒等大分子晶体，细胞尺寸大 于100nm,原子分辨小于0.1~0.2nm 微束X射线荧光分析、微束X射线吸收谱、微束X 射线衍射等 以X射线小角度散射为主，兼顾广角散射，可同 时进行小角和广角散射测量 可为生物医学、材料制作等领域提供影像探测
同步辐射装置简介
提问
1、什么是同步辐射？ 2、同步辐射相比于普通实验室光 源的优越性
（波长连续，高亮度，高准直，高偏振，脉冲光，高纯净，高度可控等）
上海光源同步辐射装置示意图
上海同步辐射装置原理图
(40)二极偏转磁铁 四极聚焦磁铁
C=158m
消色散磁聚焦结构单元(20)
L=40m
直线结(16个4.5m,4个12m) 平均流强300mA，最小发射度4nm· rad 束流寿命大于10h
软X射线谱学显微线站 X射线吸收光谱精细结构站
X射线干涉光刻站
将X射线吸收谱和X射线显微镜相结合 用于元素分析，确定原子的电子结构和邻近原 子结构
可进行高相干散射和高分辨谱学，高精密