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同步辐射特点及应用

2022-11-17 17:52:17 0 465

同步辐射(Synchrotron Radiation)是速度接近光速（v≈c）的带电粒子在磁场中沿弧形轨道运动时放出的电磁辐射，由于它最初是在同步加速器上观察到的，便又被称为“同步辐射”或“同步加速器辐射”。同步辐射是具有从宽范围、高强度、高准直、高纯净、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源，可以用以开展其它光源无法实现的许多前沿科学技术研究。

同步辐射的特点

1、高亮度：第三代同步辐射光源的X射线亮度是X光机的上亿倍。

2、宽波段：覆盖了远红外、可见光、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。

3、高准直：同步辐射的发射度极小，集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内，准直性可以与激光相媲美。

4、窄脉冲：同步辐射是脉冲光源，宽度在10^-11~10^-8秒之间可调，脉冲之间的间隔为几十纳秒至微秒量级。

5、高强度：在真空紫外和X射线波段，能提供比常规 X射线管强度高10³～10⁶倍的光源，相当于几平方毫米面积上有100千瓦的能流。

6、高偏振：同步辐射在电子轨道平面内是完全偏振的光，偏振度达100%；在轨道平面上下是椭圆偏振；在全部辐射中，水平偏振占75%。

7、高纯净：由于同步辐射是在超高真空(10^-7～10^-9帕)或高真空（10^-4～10^-6帕）的条件下产生的，不存在普通光源中的电极溅射等干扰，是非常洁净的光源。

8、其他：高度稳定性、高通量、微束径、准相干等。

同步辐射的应用领域

1、近代生物学。例如测定蛋白质的结构和蛋白质的分子结构,通过X射线小角散射可研究蛋白质生理活动过程和神经作用过程等的动态变化，通过X射线荧光分析可测定生物样品中原子的种类和含量，灵敏度可达10^-9克/克。

2、医学。可用于肿瘤的诊断和治疗，如测定血液内一些元素的含量、血管造影、诊断人体内各种肿瘤和进行微型手术以除去人体特殊部位的一些异常分子等。

3、结构化学。可用于测定原子的配位结构、大分子之间的化学键参数等，如对催化剂、金属酶的结构测定。

4、固体物理学。可用于研究固体的电子状态、固体的结构、激发态寿命及晶体的生长和固体的损坏等动态过程。

5、表面物理学和表面化学。可用于研究固体的表面性质，如半导体和金属表面的光特性；物质的氧化、催化、腐蚀等过程的表面电子结构和变化。

6、材料科学。利用同步辐射光，可以清楚地揭示出材料中原子的精确构造和有价值的电磁结构参数等信息，它们既是理解材料性能的“钥匙”，也是设计新颖材料的原理和来源。

7、光刻技术。由于衍射效应，普遍采用的紫外线光刻的最小线宽约2微米，而同步辐射光近似平行光束,用于光刻时其线宽可降至20埃，使分辨率提高几个数量级；这对计算机、自动控制和光通信技术等意义重大。

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