同步輻(fú)射 是(shì)速度接(jiē)近光速(sù)的帶(dài)電粒(lì)子在(zài)作曲線運動時沿切(qiē)線方向發出的電磁輻射(shè)——也叫(jiào)同步(bù)光。這(zhè)種光(guāng)是1947年在美國通用電器公(gōng)司的一(yī)台(tái)70mev的同(tóng)步加(jiā)速器中首(shǒu)次觀察到的，因此被(bèi)命名爲同(tóng)步輻射，但(dàn)對同步輻射(shè)的研究(jiū)與認識(shí)并非從此(cǐ)開始，對(duì)于這(zhè)種高速運(yùn)動的電子的速度改(gǎi)變時會(huì)發出輻(fú)射的(de)現(xiàn)象早就(jiù)被人們所(suǒ)認識(shí)并經曆(lì)了長期(qī)的理論(lùn)研(yán)究，但要從(cóng)實驗(yàn)上觀(guān)察到這種(zhǒng)輻射(shè)卻不是一件容(róng)易的事，需要有以近(jìn)光速(sù)運動(dòng)的高(gāo)能(néng)量電子，電子加速器的(de)發展成(chéng)爲獲得(dé)同步(bù)輻射的技(jì)術基礎(chǔ)。  同(tóng)步輻(fú)射的電子(zǐ)加速(sù)器可使高能電(diàn)子加(jiā)速(sù)到mev乃至(zhì)gev的能量範圍，主(zhǔ)要有以下(xià)幾種(zhǒng)類型(xíng)：

    直(zhí)線加速(sù)器

    加速電子（或(huò)其它(tā)帶(dài)電粒子(zǐ)）到高速度、高(gāo)能(néng)量的簡單(dān)且直(zhí)接的(de)方(fāng)法是高(gāo)壓型加(jiā)速(sù)，增大(dà)加(jiā)速(sù)電壓(yā)就能(néng)使電子加速(sù)到(dào)很高的(de)速(sù)度或(huò)能量，這種(zhǒng)加速(sù)過程(chéng)需要在高(gāo)真(zhēn)空或超(chāo)高真(zhēn)空條件中(zhōng)進行(háng)。對于(yú)電子(zǐ)，其帶(dài)電量爲(wèi)一個電(diàn)子電(diàn)菏e，如(rú)要将(jiāng)電(diàn)子(zǐ)加速到幾(jǐ)十kev的能量就要用幾十kv的電壓，以此類(lèi)推，在更(gèng)高的電壓條件(jiàn)下(xià)，爲(wèi)避免高壓(yā)擊穿須(xū)采用(yòng)強(qiáng)烈的電感(gǎn)應來加速，而且(qiě)必須(xū)在合适的(de)相位(wèi)範圍内使(shǐ)相位(wèi)相同，否則不僅不能(néng)加速(sù)還會減速。這(zhè)種用高頻高電(diàn)壓加速的(de)粒子流(liú)在時(shí)間上是一段一(yī)段的(de)，脈沖(chòng)式的(de)，是很窄(zhǎi)的粒子流，成爲一(yī)個個(gè)束團(tuán)。爲了利用(yòng)高電壓來(lái)加速，人們(men)把多個中(zhōng)空的金(jīn)屬筒有間隙的排列在(zài)一條(tiáo)直線上，并(bìng)将高(gāo)壓高頻交(jiāo)流電(diàn)源間隔的(de)耦合(hé)到各(gè)個圓筒上，各個圓筒之間存在高電(diàn)壓，相位輪(lún)流相反，電子在(zài)圓筒(tǒng)之間被加速。

   回旋加(jiā)速器和電(diàn)子感應加速器(qì)

   如果(guǒ)要用直線(xiàn)加速器得到很(hěn)高的電子能量(liàng)，整個(gè)加速(sù)器要(yào)做(zuò)的(de)很長，很不(bú)經濟(jì)。到了20世紀(jì)20年代，回旋(xuán)加速(sù)器（cyclotron）和電子感應(yīng)（betatron）相繼(jì)發明，有了(le)把電子加(jiā)速到(dào)極高(gāo)能(néng)量的可能。回旋加速器(qì)是利用高頻感(gǎn)應電壓給(gěi)電子(zǐ)加速增能和用(yòng)磁場(chǎng)使帶電粒(lì)子做繞圈(quān)運動(dòng)這兩(liǎng)種作用建立起(qǐ)來的。電子(zǐ)在圓(yuán)形(xíng)環中運(yùn)動，在加速(sù)間隙(xì)得到加(jiā)速(sù)，所運行的軌道半徑(jìng)也一(yī)步一(yī)步增加，以(yǐ)達到加速(sù)增能(néng)的(de)目(mù)的。電子感(gǎn)應加速器(qì)是利(lì)用電子繞(rào)圈内(nèi)的磁通變(biàn)化所(suǒ)感應出的電場(chǎng)來加速電(diàn)子。電子手約束(shù)磁場的作(zuò)用基(jī)本以(yǐ)不變的半(bàn)徑繞(rào)圓(yuán)圈，每繞(rào)一圈就(jiù)加速一回，由于電(diàn)子的(de)速度很快(kuài)，在不(bú)長的(de)時間内繞(rào)的圈(quān)數很多，故(gù)能夠(gòu)得到很高的能量(liàng)。

   同(tóng)步加(jiā)速器

   1945年 mcmillan和veksler發明了同步加(jiā)速裝置。同步加速器(qì)由許多c型(xíng)磁(cí)鐵環狀排列(liè)而成(chéng)，在磁鐵中(zhōng)部安(ān)裝了(le)環型真空(kōng)盒，在環的(de)某一段安裝了(le)高頻(pín)高壓(yā)加速(sù)器，電(diàn)子就在(zài)真空盒(hé)内，在磁鐵的作(zuò)用下做環(huán)狀運(yùn)動，經過高頻時(shí)得到加(jiā)速。爲使加速後(hòu)的(de)電子(zǐ)仍以相(xiàng)同的半(bàn)徑作環形運動(dòng)，就要改變(biàn)同(tóng)步(bù)c形磁鐵(tiě)造(zào)成的約束磁場，這就(jiù)是同(tóng)步加速器(qì)的由(yóu)來。到(dào)了20世(shì)紀70年代中期，人(rén)們進(jìn)一步(bù)認識(shí)到在高能(néng)物理(lǐ)中用(yòng)于對撞實(shí)驗(yàn)的電(diàn)子存儲(chǔ)環來(lái)發生同(tóng)步(bù)輻射更合适，因爲電(diàn)子在(zài)存儲環中以一定的能量(liàng)作穩定的(de)回環運動，這與(yǔ)同步加速器中(zhōng)的電子的能量(liàng)不斷(duàn)改變的情(qíng)況不同，因而能長時(shí)間的(de)穩定的發出同(tóng)步輻(fú)射光(guāng)。随(suí)着(zhe)電子(zǐ)存儲環能量的(de)提(tí)高，所得同步(bù)輻射的波長(zhǎng)不斷縮(suō)短，從紫外(wài)線或軟x射線一(yī)直擴(kuò)展到硬x射線。

    同(tóng)步輻射 較之常(cháng)規光源有(yǒu)許多優點(diǎn)。比如(rú)它頻譜寬，從紅(hóng)外一直(zhí)到(dào)硬x射線，是一個包括(kuò)各種(zhǒng)波(bō)長(zhǎng)光的綜合光源，可以(yǐ)從其中得到任(rèn)何所(suǒ)需(xū)波長的(de)光；其中最突出(chū)的優點是亮度(dù)大，對第一(yī)代光(guāng)源，亮度可(kě)達10e14~10e15，比(bǐ)之轉靶x射線發(fā)生器的特(tè)征譜(pǔ)的亮(liàng)度10e11高(gāo)出(chū)三四個數(shù)量(liàng)級。高(gāo)亮度的光(guāng)強可(kě)以做空前的高分辨率(lǜ)（空(kōng)間分(fèn)辨，角(jiǎo)分辨，能量(liàng)分辨，時間(jiān)分辨(biàn)）的實驗，這些都(dōu)是用常規光源(yuán)無(wú)法(fǎ)完成(chéng)的的(de)，還有(yǒu)同步輻射(shè)發散(sàn)角小(xiǎo)，光線(xiàn)是近平行的，其(qí)利用(yòng)率(lǜ)，分辨率(lǜ)均大大提高；另(lìng)外還(hái)有時(shí)間結構、偏振特(tè)性，有一定的(de)相幹性(xìng)和可準确(què)計算等等(děng)。正因爲有(yǒu)以上各(gè)種優點(diǎn)，它在(zài)科學(xué)、技術(shù)、醫學(xué)等(děng)衆多方面解(jiě)決了一批(pī)常規實(shí)驗室無(wú)法解決的問(wèn)題(tí)，做出了重(zhòng)大貢獻，世(shì)界(jiè)各國特(tè)别是發達國家對此都十分重(zhòng)視，紛紛建(jiàn)立了自己的同(tóng)步輻(fú)射實驗中(zhōng)心。

    同(tóng)步輻(fú)射(shè) 是速度(dù)接近光速（v≈c）的帶(dài)電粒子在磁場(chǎng)中沿弧形(xíng)軌道運動時放出的(de)電磁輻(fú)射，由于它(tā)最初是在同(tóng)步加速器上觀(guān)察到(dào)的，便(biàn)又被(bèi)稱爲“同步輻射(shè)”或“同(tóng)步加(jiā)速器(qì)輻射”。長期以來(lái)，同步(bù)輻射是不(bú)受高能物理學家歡(huān)迎的東西(xī)，因爲它消(xiāo)耗了(le)加速(sù)器的能量(liàng)，阻礙粒(lì)子(zǐ)能量的提(tí)高。但是，人們很快(kuài)便了解到同(tóng)步輻射是具(jù)有(yǒu)從遠紅 外(wài)到x光範(fàn)圍内的(de)連續光譜(pǔ)、高強度、高(gāo)度(dù)準(zhǔn)直、高度極化(huà)、特性可(kě)精确(què)控(kòng)制(zhì)等優(yōu)異性能(néng)的脈沖光源，可以用以開展其(qí)它(tā)光源(yuán)無法(fǎ)實現(xiàn)的許(xǔ)多前沿科學技(jì)術研(yán)究。于是在幾乎所有的高(gāo)能電子加(jiā)速器(qì)上，都建造了“寄(jì)生運行”的同步(bù)輻射光束線(xiàn)及(jí)各種(zhǒng)應用(yòng)同步(bù)光的(de)實驗裝置。至今(jīn)，同(tóng)步輻射(shè)裝置的建造及(jí)在其(qí)上的研究(jiū)、應用，經曆(lì)了三代的發展。

    同步輻射(shè)的(de)特點：

    ①光(guāng)譜連(lián)續且範圍(wéi)寬，由于同步(bù)輻射是非束(shù)縛态(tài)電子的輻(fú)射，所(suǒ)以它(tā)的光譜是(shì)連續的，從遠紅(hóng)外、可(kě)見(jiàn)光、紫外(wài)直到硬(yìng)x射(shè)線（104～10-1埃(āi))。②輻射強(qiáng)度(dù)高，在(zài)真空紫外和x射線波段(duàn)，能提供(gòng)比常規 x射線管強度(dù)高103～106倍的光(guāng)源，相當(dāng)于幾平(píng)方毫(háo)米面積上(shàng)有(yǒu)100千瓦的(de)能流(liú)。③高度偏(piān)振，同步(bù)輻射在電(diàn)子軌道平面内是完(wán)全偏(piān)振的光，偏振度達 100%；在(zài)軌道(dào)平面(miàn)上(shàng)下(xià)是橢圓偏(piān)振；在全部(bù)輻射中(zhōng)，水(shuǐ)平偏(piān)振占(zhàn)75%。④具有脈沖(chòng)時間(jiān)結構，同步(bù)輻射是一種脈(mò)沖光，脈沖(chòng)寬度爲0.1～1納(nà)秒，脈(mò)沖間(jiān)隔爲(wèi)微秒量級(jí)（單束團(tuán)工作）或(huò)幾納(nà)秒到幾百(bǎi)納秒(miǎo)範圍(wéi)内可(kě)調（多束團(tuán)工作(zuò)）。⑤高度準直，能量(liàng)大于10億電子伏(fú)的電(diàn)子(zǐ)儲存環(huán)的輻(fú)射(shè)光(guāng)錐張角小(xiǎo)于(yú)1毫弧度(dù),接近平(píng)行光束，小于普通激光(guāng)束的發(fā)射角。⑥潔淨的高真空環境,由于(yú)同步輻射是(shì)在超(chāo)高真空(kōng)(儲存環中的真空度爲10-7～10-9帕)或(huò)高真空(kōng)（10-4～10-6帕）的條件下(xià)産(chǎn)生的，不(bú)存在(zài)普(pǔ)通光源中的電極濺射(shè)等幹擾，是非常潔淨的光源。⑦波(bō)譜可準(zhǔn)确(què)計算(suàn)，其強(qiáng)度、角分布(bù)和能(néng)量分(fèn)布都可以精确(què)計(jì)算(suàn)。

    同步輻射(shè) 在基礎科學、應(yīng)用科(kē)學和工藝學等領域(yù)已得到廣(guǎng)泛應用：①近代(dài)生(shēng)物學，例如測定(dìng)蛋白質(zhì)的(de)結構(gòu)和蛋(dàn)白(bái)質的分(fèn)子結構,通過x射(shè)線小角散射(shè)可(kě)研究蛋白(bái)質生(shēng)理活動(dòng)過程和(hé)神經作用過程等的(de)動(dòng)态變化(huà)，通過x射線熒光分析可測定生(shēng)物樣品中原子(zǐ)的種(zhǒng)類(lèi)和含量(liàng)，靈敏度可(kě)達10-9克(kè)/克。②固(gù)體物(wù)理(lǐ)學,可用(yòng)于(yú)研究固體的(de)電(diàn)子狀态(tài)、固體的結構、激發态壽(shòu)命及晶(jīng)體的生長和(hé)固(gù)體的損壞等動(dòng)态過程(chéng)。③表面物理學(xué)和(hé)表面化(huà)學，可用于(yú)研究(jiū)固體(tǐ)的表(biǎo)面性(xìng)質，如(rú)半導(dǎo)體和金屬表(biǎo)面(miàn)的光特性(xìng)；物質(zhì)的氧化、催(cuī)化(huà)、腐(fǔ)蝕等(děng)過程的表(biǎo)面電(diàn)子結(jié)構和變化(huà)。④結構化學，可用于測(cè)定原子的(de)配(pèi)位(wèi)結構、大分(fèn)子之間(jiān)的化學(xué)鍵參數等(děng)，如對(duì)催化(huà)劑(jì)、金屬酶(méi)的結(jié)構測(cè)定。⑤醫(yī)學，可(kě)用(yòng)于(yú)腫瘤(liú)的診斷和(hé)治療(liáo)，如測定血液内(nèi)一些元素(sù)的含(hán)量、血(xuè)管(guǎn)造影、診斷人(rén)體内(nèi)各種(zhǒng)腫瘤(liú)和(hé)進行微(wēi)型手術以(yǐ)除去人體特(tè)殊部位(wèi)的一些異常分(fèn)子等。⑥光(guāng)刻(kè)技術(shù)，由于衍射(shè)效應(yīng)，普遍采用的紫(zǐ)外線光刻的最(zuì)小線(xiàn)寬約2微米，而同步輻射光(guāng)近似平行光束(shù),用于光刻(kè)時其(qí)線寬可(kě)降至20埃(āi)，使分辨率(lǜ)提高(gāo)幾個(gè)數量級；這(zhè)對計算機(jī)、自動(dòng)控制(zhì)和光通信技術等(děng)意義重大。