什么是同步辐射

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1、同步辐射中山大学《电动力学》课程专题扩展材料司徒树平（中山大学理工学院）由经典电动力学可知道，带电粒子的电磁场为：n12nneE2340Rn1cR1nret1BnEcret其中第二项就是在加速情况下辐射出的电磁场，由此可得到加速电荷辐射的功率角分布为：22nndPe25dc161n0如果带电粒子（电子）作匀速圆周运动，，则辐射角分布可写成，dPe22sin2cos2

2、12232d16c01cos1cos可以看出，辐射能量重要向前，且速度越大，能量越集中，在极端相对论情况下，能量都集中在前向0很窄的方向上，就像在雨中快速转动雨伞时，沿伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。利用弯转磁铁可以强迫高能电子束团在环形的加速器以接近于光速作回旋运动，在切线方向会有电磁波发射出来。这种辐射最早是在同步加速器中发现的，故取名为同步加速器辐射，简称同步辐射。以后凡是电子在磁场中作回旋运动产生的辐射都称为同步辐射。事实上这种辐射是相当普遍的，例如1054年北宋详细记载

3、的超新星爆发后的残骸即蟹状星云就发射很强的同步辐射光。1907年英国剑桥大学的G.A.Schott已经研究过了情况下带电粒子辐射的理论，1947年美国通用公司实验室70MeV同步加速器中首次观察到了同步辐射光，并且光颜色随电子能量而变化，当时观察到很小、很亮、蓝白色的弧光，当能量下降到40MeV时光变为黄色，30MeV时为红色，且光强变弱。1949年Schwinger研究了加速器中的电子辐射，被认为是同步辐射奠基性的工作，1954年他又作了量子力学的修正。同步辐射使得电子向外辐射了能量，限制了电子同步加速器的最终能量，但

4、反过来，利用这种辐射发展了一种专用的光源。同步辐射的特点是辐射能集中在以速度方向为中心的一个很小的立体角内，辐射像探照灯的灯光一样扫过空间，用这个特点很容易说明中子星的辐射。中子星是一个倾斜自转磁体，中子星体外附近的等离子体向外流，所形成的电流在强磁场中的运动轨迹几乎沿磁场方向，所以它发出的同步辐射也几乎在磁场方向，中子星不停地自转，当磁场指向地球时，我们就能观察到它发出的脉冲了。同步辐射光的特点：高强度47比一般光源强1010倍。如用X光机拍摄一幅晶体缺陷照片，通常需要7-15天的感光时间，而利用同步辐射光源只需要十几秒或几

5、分钟，工作效率提高了几万倍。高亮度的特性决定了同步辐射光源可以用来做许多常规广源所无法进行的工作。宽波谱同步辐射从红外线、可见光、真空紫外、软X射线一直延伸到硬X射线（如图），是目前唯一能覆盖这样宽的频谱范围又能得到高亮度的光源。利用单色器可以随意选择所需要的波长，进行单色光的实验。高准直性1光束很细，，几乎是平行束，其平行度几乎可与激光相比。利用同步辐射光学元件引出的同步辐射广源具有高度的准直性，经过聚焦，可大大提高光的亮度，可进行极小样品和材料中微量元素的研究。脉冲性光脉冲重复频率可调。同步辐射光是由与储存环中周期运动

6、的电子束团辐射发出的，具有纳秒至微秒的时间脉冲结构。利用这种特性，可研究与时间有关的化学反应、物理激发过程、生物细胞的变化等。偏振性与可见光一样，储存环发出的同步辐射光根据观察者的角度可具有线偏振性或圆偏振性，可用来研究样品中特定参数的取向问题。易研究性光通量、能量分布、角分布等可精确计算，便于作定量研究。