粒子探秘
高能物理 > 粒子探秘
粒子探测实用产品-同步辐射光源

速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时,会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波(左图)。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。同步辐射最初是作为电子同步加速器的有害物而加以研究的,后来成为一种从红外到硬X射线范围内有着广泛应用的高性能光源。同步辐射光源是开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要平台。

激光等离子体光属于价格便宜、易于操作的光源,可以用于X射线显微术,象电子扫描显微镜一样作为实验室的常规分析工具。其基本原理是:当高强度(10141015 W/cm2)激光脉冲聚焦打在固体靶上时,靶的表面迅速离化形成高温高密度的等离子体,进而发射X射线。它是一种具有足够辐射强度的独立点光源,所用泵浦激光器主要有Nd:YAG,钕玻璃和KrF等。X射线发射与靶材料有关,由于溅射残屑可能损伤和污染光学系统和样品,若用气体靶代替固体靶可以避免残屑问题。因此,需要进一步研究开发有效的、高重复频率工作的、不产生残屑的激光等离子体X射线光源。 同步辐射光源 速度接近光速的带电粒子在磁场中作圆周运动时,会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波(左图)。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。同步辐射最初是作为电子同步加速器的有害物而加以研究的,后来成为一种从红外到硬X射线范围内有着广泛应用的高性能光源。同步辐射光源是开展凝聚态物理、材料科学、生命科学、资源环境及微电子技术等多学科交叉前沿研究的重要平台。

  

 

  

  拥有近70条光束线的美国阿贡实验室同步辐射光源

  

同步辐射光源的主体是电子储存环,30多年来已经历了三代的发展。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,同步辐射光的亮度大大提高,如加入波荡器等插入件可引出高亮度、部分相干的准单色光。

同步辐射光具有频谱宽且连续可调(具有从远红外、可见光、紫外直到X射线范围内的连续光谱)、亮度高(第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上亿倍)、高准直度、高偏振性、高纯净性、窄脉冲、精确度高以及高稳定性、高通量、微束径、准相干等独特的性能。

  

 

  

  设计有30个光引出口的英国DIAMOND同步辐射光源

  

世界上有近40台同步辐射光源正在运行,还有几十台在设计、建造中。我国的北京同步辐射装置(BSRF)、合肥中国科技大学同步辐射装置(NSRL)和台湾新竹的同步辐射装置(SRRC)分别属于第一、第二和第三代光源,正在建造的上海光源(SSRF)属第三代光源。   

  

  

 

BSRF平面图

  

  

 

SSRF平面图

  

  

 

 

建在BSRF的我国大陆第一条中能X射线双晶单色器光束线,该光束线用于中等能区X射线范围(1.2keV-6.0keV)的计量学、探测器标定、光学元件性能测试及吸收谱学等方面的研究,具有重要的科学意义

  

 

北京同步辐射装置4W1A光束线形貌学实验站上能量为24keVX射线拍摄的肝样品图像