同步(bu)輻射 是速度接近(jìn)光速的帶電粒子(zǐ)在作曲線運動時(shí)沿切線方向發出(chu)的電磁輻射——也叫(jiào)同步光。這種光是(shì)1947年在美國通用電(dian)器公司的一台70Mev的(de)同步加速器中首(shou)次觀察到的，因此(ci)被命名爲同步輻(fu)射，但對同步輻射(shè)的研究與認識并(bing)非從此開始，對于(yú)這種高速運動的(de)電子的速度改變(biàn)時會發出輻射的(de)現象早就被人們(men)所認識并經曆了(le)長期的理論研究(jiū)，但要從實驗上觀(guan)察到這種輻射卻(què)不是一件容易的(de)事，需要有以近光(guang)速運動的高能量(liàng)電子，電子加速器(qì)的發展成爲獲得(dé)同步輻射的技術(shu)基礎。  同步輻射的(de)電子加速器可使(shǐ)高能電子加速到(dao)Mev乃至Gev的能量範圍(wéi)，主要有以下幾種(zhong)類型：

    直線加速器(qì)

    加速電子（或其它(ta)帶電粒子）到高速(sù)度、高能量的簡單(dan)且直接的方法是(shi)高壓型加速，增大(da)加速電壓就能使(shi)電子加速到很高(gāo)的速度或能量，這(zhe)種加速過程需要(yao)在高真空或超高(gāo)真空條件中進行(háng)。對于電子，其帶電(dian)量爲一個電子電(diàn)菏e，如要将電子加(jia)速到幾十Kev的能量(liang)就要用幾十KV的電(dian)壓，以此類推，在更(gèng)高的電壓條件下(xia)，爲避免高壓擊穿(chuan)須采用強烈的電(dian)感應來加速，而且(qie)必須在合适的相(xiang)位範圍内使相位(wèi)相同，否則不僅不(bú)能加速還會減速(su)。這種用高頻高電(diàn)壓加速的粒子流(liú)在時間上是一段(duan)一段的，脈沖式的(de)，是很窄的粒子流(liú)，成爲一個個束團(tuán)。爲了利用高電壓(ya)來加速，人們把多(duō)個中空的金屬筒(tǒng)有間隙的排列在(zai)一條直線上，并将(jiang)高壓高頻交流電(diàn)源間隔的耦合到(dào)各個圓筒上，各個(ge)圓筒之間存在高(gao)電壓，相位輪流相(xiang)反，電子在圓筒之(zhi)間被加速。

   回旋加(jiā)速器和電子感應(ying)加速器

   如果要用(yòng)直線加速器得到(dao)很高的電子能量(liàng)，整個加速器要做(zuò)的很長，很不經濟(jì)。到了20世紀20年代，回(huí)旋加速器（cyclotron）和電子(zǐ)感應（betatron）相繼發明，有(yǒu)了把電子加速到(dao)極高能量的可能(néng)。回旋加速器是利(lì)用高頻感應電壓(ya)給電子加速增能(néng)和用磁場使帶電(diàn)粒子做繞圈運動(dòng)這兩種作用建立(li)起來的。電子在圓(yuan)形環中運動，在加(jia)速間隙得到加速(su)，所運行的軌道半(bàn)徑也一步一步增(zēng)加，以達到加速增(zēng)能的目的。電子感(gan)應加速器是利用(yòng)電子繞圈内的磁(ci)通變化所感應出(chū)的電場來加速電(dian)子。電子手約束磁(ci)場的作用基本以(yi)不變的半徑繞圓(yuan)圈，每繞一圈就加(jiā)速一回，由于電子(zi)的速度很快，在不(bu)長的時間内繞的(de)圈數很多，故能夠(gòu)得到很高的能量(liang)。

   同步加速器

   1945年 McMillan和(he)Veksler發明了同步加速(su)裝置。同步加速器(qi)由許多C型磁鐵環(huán)狀排列而成，在磁(ci)鐵中部安裝了環(huán)型真空盒，在環的(de)某一段安裝了高(gao)頻高壓加速器，電(diàn)子就在真空盒内(nèi)，在磁鐵的作用下(xia)做環狀運動，經過(guò)高頻時得到加速(su)。爲使加速後的電(dian)子仍以相同的半(ban)徑作環形運動，就(jiù)要改變同步C形磁(ci)鐵造成的約束磁(ci)場，這就是同步加(jia)速器的由來。到了(le)20世紀70年代中期，人(ren)們進一步認識到(dào)在高能物理中用(yong)于對撞實驗的電(diàn)子存儲環來發生(shēng)同步輻射更合适(shi)，因爲電子在存儲(chu)環中以一定的能(néng)量作穩定的回環(huan)運動，這與同步加(jiā)速器中的電子的(de)能量不斷改變的(de)情況不同，因而能(neng)長時間的穩定的(de)發出同步輻射光(guang)。随着電子存儲環(huan)能量的提高，所得(dé)同步輻射的波長(zhǎng)不斷縮短，從紫外(wai)線或軟X射線一直(zhi)擴展到硬X射線。

    同(tóng)步輻射 較之常規(gui)光源有許多優點(dian)。比如它頻譜寬，從(cóng)紅外一直到硬X射(she)線，是一個包括各(ge)種波長光的綜合(he)光源，可以從其中(zhōng)得到任何所需波(bo)長的光；其中最突(tu)出的優點是亮度(dù)大，對第一代光源(yuán)，亮度可達10E14~10E15，比之轉(zhuan)靶X射線發生器的(de)特征譜的亮度10E11高(gao)出三四個數量級(jí)。高亮度的光強可(ke)以做空前的高分(fen)辨率（空間分辨，角(jiao)分辨，能量分辨，時(shí)間分辨）的實驗，這(zhe)些都是用常規光(guang)源無法完成的的(de)，還有同步輻射發(fa)散角小，光線是近(jìn)平行的，其利用率(lǜ)，分辨率均大大提(tí)高；另外還有時間(jian)結構、偏振特性，有(yǒu)一定的相幹性和(hé)可準确計算等等(deng)。正因爲有以上各(gè)種優點，它在科學(xue)、技術、醫學等衆多(duō)方面解決了一批(pī)常規實驗室無法(fǎ)解決的問題，做出(chu)了重大貢獻，世界(jie)各國特别是發達(da)國家對此都十分(fen)重視，紛紛建立了(le)自己的同步輻射(shè)實驗中心。

    同步輻(fu)射 是速度接近光(guāng)速（v≈c）的帶電粒子在(zai)磁場中沿弧形軌(gui)道運動時放出的(de)電磁輻射，由于它(tā)最初是在同步加(jia)速器上觀察到的(de)，便又被稱爲“同步(bu)輻射”或“同步加速(sù)器輻射”。長期以來(lái)，同步輻射是不受(shòu)高能物理學家歡(huān)迎的東西，因爲它(tā)消耗了加速器的(de)能量，阻礙粒子能(neng)量的提高。但是，人(rén)們很快便了解到(dao)同步輻射是具有(you)從遠紅 外到X光範(fàn)圍内的連續光譜(pu)、高強度、高度準直(zhi)、高度極化、特性可(kě)精确控制等優異(yi)性能的脈沖光源(yuán)，可以用以開展其(qi)它光源無法實現(xiàn)的許多前沿科學(xué)技術研究。于是在(zài)幾乎所有的高能(neng)電子加速器上，都(dou)建造了“寄生運行(hang)”的同步輻射光束(shu)線及各種應用同(tong)步光的實驗裝置(zhi)。至今，同步輻射裝(zhuang)置的建造及在其(qí)上的研究、應用，經(jing)曆了三代的發展(zhan)。

    同步輻射的特點(dian)：

    ①光譜連續且範圍(wei)寬，由于同步輻射(shè)是非束縛态電子(zi)的輻射，所以它的(de)光譜是連續的，從(cóng)遠紅外、可見光、紫(zi)外直到硬X射線（104～10-1埃(ai))。②輻射強度高，在真(zhēn)空紫外和X射線波(bō)段，能提供比常規(guī) X射線管強度高103～106倍(bèi)的光源，相當于幾(jǐ)平方毫米面積上(shang)有100千瓦的能流。③高(gāo)度偏振，同步輻射(she)在電子軌道平面(mian)内是完全偏振的(de)光，偏振度達 100%；在軌(guǐ)道平面上下是橢(tuǒ)圓偏振；在全部輻(fu)射中，水平偏振占(zhàn)75%。④具有脈沖時間結(jié)構，同步輻射是一(yi)種脈沖光，脈沖寬(kuan)度爲0.1～1納秒，脈沖間(jian)隔爲微秒量級（單(dan)束團工作）或幾納(na)秒到幾百納秒範(fàn)圍内可調（多束團(tuan)工作）。⑤高度準直，能(neng)量大于10億電子伏(fú)的電子儲存環的(de)輻射光錐張角小(xiao)于1毫弧度,接近平(ping)行光束，小于普通(tong)激光束的發射角(jiǎo)。⑥潔淨的高真空環(huan)境,由于同步輻射(she)是在超高真空(儲(chǔ)存環中的真空度(du)爲10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕(pa)）的條件下産生的(de)，不存在普通光源(yuan)中的電極濺射等(deng)幹擾，是非常潔淨(jìng)的光源。⑦波譜可準(zhun)确計算，其強度、角(jiǎo)分布和能量分布(bu)都可以精确計算(suàn)。

    同步輻射 在基礎(chu)科學、應用科學和(he)工藝學等領域已(yǐ)得到廣泛應用：①近(jìn)代生物學，例如測(ce)定蛋白質的結構(gòu)和蛋白質的分子(zi)結構,通過X射線小(xiao)角散射可研究蛋(dàn)白質生理活動過(guo)程和神經作用過(guò)程等的動态變化(huà)，通過X射線熒光分(fèn)析可測定生物樣(yàng)品中原子的種類(lei)和含量，靈敏度可(ke)達10-9克/克。②固體物理(lǐ)學,可用于研究固(gù)體的電子狀态、固(gù)體的結構、激發态(tai)壽命及晶體的生(shēng)長和固體的損壞(huài)等動态過程。③表面(mian)物理學和表面化(huà)學，可用于研究固(gù)體的表面性質，如(ru)半導體和金屬表(biao)面的光特性；物質(zhì)的氧化、催化、腐蝕(shí)等過程的表面電(diàn)子結構和變化。④結(jie)構化學，可用于測(cè)定原子的配位結(jié)構、大分子之間的(de)化學鍵參數等，如(ru)對催化劑、金屬酶(mei)的結構測定。⑤醫學(xue)，可用于腫瘤的診(zhen)斷和治療，如測定(ding)血液内一些元素(sù)的含量、血管造影(yǐng)、診斷人體内各種(zhǒng)腫瘤和進行微型(xing)手術以除去人體(ti)特殊部位的一些(xie)異常分子等。⑥光刻(kè)技術，由于衍射效(xiao)應，普遍采用的紫(zi)外線光刻的最小(xiǎo)線寬約2微米，而同(tong)步輻射光近似平(ping)行光束,用于光刻(ke)時其線寬可降至(zhi)20埃，使分辨率提高(gao)幾個數量級；這對(dui)計算機、自動控制(zhì)和光通信技術等(děng)意義重大。