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国家同步辐射光源装置发展状况

导读: 合肥光源是第三代同步辐射光源之一,同步辐射光源被称为继电光源、X光源和激光光源之后,第四次为人类文明带来革命性推动的新光源。

  10月23日,科研人员走在中国科学技术大学国家同步辐射实验室里。从2010年8月起,国家同步辐射实验室开始新一轮重大升级改造,改造后合肥光源整体性能将提高近50倍。整体改造项目目前进展顺利,将于年底全面完工。合肥光源是第三代同步辐射光源之一,同步辐射光源被称为继电光源、X光源和激光光源之后,第四次为人类文明带来革命性推动的新光源。

  同步辐射是速度接近光速的带电粒子在作曲线运动时沿轨道切线方向发出的电磁辐射,又叫同步光。它会使粒子失去能量,曾给卢瑟福的类太阳系原子结构模型带来困难。1947年,它在电子同步加速器中被首次观察到,因而被命名为同步加速器辐射,简称同步辐射。

  与常规的光源相比,同步辐射有许多突出的优点。它的频谱宽阔、连续、平滑(从X射线、紫外、可见光一直延伸到红外),利用单色器可从中选取所需的任何波长的光;它有很好的方向性,光能集中,亮度比普通光源高千倍至百万倍以上;同时它还具有偏振性、脉冲性时间结构、高稳定性、高真空的洁净环境、频谱可准确计算等优异特性。光是人类认识自然的最基本的工具,同步辐射是唯一的频谱范围如此宽阔的优质光源,被广泛应用于凝聚态物理学、原子和分子物理学、化学、医学、材料科学、生命科学、环境科学、能源科学、信息科学技术、超细微加工和辐射计量学等众多领域,几十年来硕果累累。正因为如此,同步辐射光源是目前世界上数量最多的大科学装置,它作为多学科公用实验平台,在现代科技发展中的重要地位为科学界所公认。

  同步辐射的应用研究始于20世纪60年代,此后经历了3个发展阶段,因此现有同步辐射装置习惯上按主要特征分为3类:以高能物理实验为主的兼用光源称为第一代光源;以利用弯转磁铁产生的同步辐射为主的专用光源为第二代光源;主要利用插入元件、尤其波荡器产生辐射的高亮度光源为第三代光源。按光子能量分类则可分为X射线光源和真空紫外(指紫外线高能波段)光源两种,后者的频谱包含软X射线。不同类别的光源各有特色,互为补充,相得益彰,恰当的配合可使其能力得到最高效的发挥。

  同步辐射通过光束线从储存环中导出,然后凭借精密的光学元件选取合适的波长和带宽并适当聚焦后送入实验站。科研人员在实验站测量同步辐射与样品相互作用后的信号(如反射、衍射、散射、透射光谱或样品原子被光子激发后释放的电子、离子、荧光等)来研究物质的结构特性,探索微观世界的奧秘。

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