同步辐射光源

2019年10月26日15:17:18同步辐射光源已关闭评论 255 views

光是人类观察大自然的重要凭借,也是电磁波。电磁波整个家族中,除了我们肉眼唯一看见的「可见光」外,依波长的长短,还包含无线电波、微波、红外光、紫外光、X 光、与伽玛射线等,不同光源因其特性在人类日常生活中扮演不同角色。

同步辐射光源涵盖红外光、可见光、紫外光及X 光等波长范围之电磁波,1947 年首次在美国通用电器公司的同步加速器上意外被发现,因为具有波长连续、亮度极高、截面积小的特性,且波长范围涵盖数十微米至数百分之一纳米,因此可以帮助人类观察肉眼所看不到的世界。

同步辐射光源

同步辐射光源是科研实验的最佳利器

当同步辐射光源照射在物质上时,会产生许多不同的效应。例如光电子发射、离子或中性原子脱离、吸收、散射、绕射或产生荧光等现象,每一种效应皆与物质本身的物理或化学特性有密切关联。因此,利用同步辐射光源观察物质,将可准确地探究物质的内部结构及物质内电子间的交互作用。同步加速器光源是二十一世纪尖端基础科学研究、生医科技及工业应用不可或缺的实验利器,可广泛用于材料、生物、医药、物理、化学、化工、地质、考古、环保、能源、电子、微机械、纳米组件等领域。

同步辐射光源分代

到目前为止,同步辐射光源可分为以下四代:

第一代是以高能物理实验为主的兼用光源,可以是储存环或同步加速器。如美国康奈尔大学CHESS光源,北京同步辐射装置BSRF。BSRF依托于北京正负电子对撞机,部分时间按同步辐射专用模式运行,在专用模式下,总体性能大体达到第二代光源水平。

第二代是同步辐射专用光源,典型设计为利用弯转磁铁产生同步辐射,它们都是电子储存环,通常能量较低。如美国布鲁克海文国家实验室NSLS光源(800MeV),巴西国家同步辐射实验室LNLS光源(1.37GeV),合肥国家同步辐射实验室NSRL光源(800MeV)。NSRL适于开展软X射线和真空紫外波段的研究,可向波长更长的红外、远红外波段扩展。第一代和第二代是按照加速器装置的首要目的进行分类的。

第三代也是同步辐射专用光源,与第二代光源的区别在于光源能量更高。比如美国阿贡国家实验室的APS光源(7GeV),劳伦斯伯克利国家实验室的ALS光源(1.9GeV),欧洲同步辐射装置ESRF(6GeV),德国的BESSYⅡ光源(1.7GeV),英国的Diamond光源(3GeV),法国的SOLEIL光源,日本的SPring-8光源(8GeV),上海同步辐射装置SSRF(3.5GeV)。SSRF建成后,中国有三台同步辐射光源同时运行,布局更趋合理。目前在世界范围内,第三代是同步辐射光源的主流。

第四代则被认为是自由电子激光(FEL)光源。X射线自由电子激光不仅能产生无与伦比的高亮度辐射,而且辐射具有完全的横向相干性,并且是脉冲式的。比较有代表性的FEL光源有美国的LCLS光源,德国的Euro XFEL光源等。中国在在上海兴建了软XFEL和硬XFEL装置。正在建设的“北京光源”,它建成以后将比美国已经刚刚建成的NSLS-II要亮70倍,比瑞典刚刚建成还没有投入运行的MAXIV要亮10倍。“北京光源”项目预工期历时约6年,计划耗资48亿元。

世界上主要第三代同步辐射设施

设备名称 国家 能量 建造完成年份
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) 法国 6.0 1992
Advanced Light Source (ALS) 美国 1.9 1993
Taiwan Light Source (TLS) 中国台湾 1.5 1993
Elettra Synchrotron Light Source (ELETTRA) 意大利 2.4 1993
Pohang Light Source (PLS) 韩国 2.5 1995
Advanced Photon Source (APS) 美国 7.0 1995
MAX-Lab (MAXII) 瑞典 1.5 1997
Super Photon Ring – 8 GeV (SPring-8) 日本 8.0 1997
BESSYII Accelerator (BESSYII) 德国 1.9 1998
Swiss Light Source (SLS) 瑞士 2.4 2001
Canadian Light Source (CLS) 加拿大 2.9 2003
Stanford Synchrotron Radiation Laboratory (SSRL-SPEAR3) 美国 3.0 2004
SOLEIL Synchrotron (SOLEIL) 法国 2.75 2005
Diamond Light Source (Diamond) 英国 3.0 2006
Australian Synchrotron 澳大利亚 3.0 2007
Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF) 中国 3.5 2008
PETRA III at DESY 德国 6.0 2008
Synchrotron Light Facility (ALBA) 西班牙 3.0 2010
Taiwan Photon Source (TPS) 台湾 3.0 2014
National Synchrotron Light Source II (NSLSII) 美国 3.0 2014
MAX-IV Laboratory 瑞典 1.5/3.0 2015
Sirius : the New Brazilian Synchrotron Radiation Source 巴西 3.0 2018
备注:能量单位为十亿电子伏特(GeV)
weinxin
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