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揭秘神奇的同步辐射光与上海光源

2013-03-30 09:54
冷血の爱
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  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。依波长的不同,光可分为无线电波、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,如伦琴发明的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。20世纪60年代末出现的同步辐射光源,是被誉为“神奇的光”的又一种人工光源,它在基础科学研究和高技术产业开发应用研究中都有广泛的用途。

  同步辐射光源的发展历史

  电磁场理论早就预言:在真空中以光速运动的相对论带电粒子在二极磁场作用下偏转时,会沿着偏转轨道切线方向发射连续谱的电磁波。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,并称产生和利用同步辐射光的科学装置为同步辐射光源或装置。

  30多年来,同步辐射光源已经历了三代的发展,它的主体是一台电子储存环。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,因此同步辐射光的亮度大大提高,并可从波荡器等插入件引出高亮度、部分相干的准单色光。第三代同步辐射光源根据其光子能量覆盖区和电子储存环中电子束能量的不同,又可进一步细分为高能光源、中能光源和低能光源。凭借优良的光品质和不可替代的作用,第三代同步辐射光源已成为当今众多学科基础研究和高技术开发应用研究的最佳光源。

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