同步(bu)輻射 是(shi)速度接(jiē)近光速(sù)的帶電(dian)粒子在(zai)作曲線(xiàn)運動時(shí)沿切線(xian)方向發(fā)出的電(dian)磁輻射(shè)——也叫同(tóng)步光。這(zhè)種光是(shi)1947年在美(mei)國通用(yòng)電器公(gōng)司的一(yī)台70Mev的同(tóng)步加速(sù)器中首(shǒu)次觀察(cha)到的，因(yin)此被命(mìng)名爲同(tong)步輻射(she)，但對同(tóng)步輻射(shè)的研究(jiu)與認識(shi)并非從(cóng)此開始(shi)，對于這(zhè)種高速(su)運動的(de)電子的(de)速度改(gǎi)變時會(hui)發出輻(fú)射的現(xian)象早就(jiu)被人們(men)所認識(shí)并經曆(li)了長期(qī)的理論(lun)研究，但(dàn)要從實(shí)驗上觀(guān)察到這(zhe)種輻射(shè)卻不是(shi)一件容(rong)易的事(shì)，需要有(you)以近光(guāng)速運動(dòng)的高能(neng)量電子(zi)，電子加(jia)速器的(de)發展成(chéng)爲獲得(de)同步輻(fú)射的技(ji)術基礎(chǔ)。  同步輻(fu)射的電(dian)子加速(su)器可使(shǐ)高能電(diàn)子加速(su)到Mev乃至(zhì)Gev的能量(liang)範圍，主(zhu)要有以(yi)下幾種(zhǒng)類型：

    直(zhi)線加速(su)器

    加速(sù)電子（或(huo)其它帶(dài)電粒子(zǐ)）到高速(sù)度、高能(néng)量的簡(jiǎn)單且直(zhi)接的方(fāng)法是高(gao)壓型加(jia)速，增大(dà)加速電(dian)壓就能(néng)使電子(zǐ)加速到(dào)很高的(de)速度或(huò)能量，這(zhe)種加速(su)過程需(xu)要在高(gāo)真空或(huo)超高真(zhen)空條件(jiàn)中進行(háng)。對于電(dian)子，其帶(dài)電量爲(wei)一個電(dian)子電菏(he)e，如要将(jiang)電子加(jia)速到幾(jǐ)十Kev的能(neng)量就要(yào)用幾十(shí)KV的電壓(ya)，以此類(lei)推，在更(geng)高的電(diàn)壓條件(jiàn)下，爲避(bì)免高壓(yā)擊穿須(xu)采用強(qiang)烈的電(diàn)感應來(lai)加速，而(ér)且必須(xū)在合适(shi)的相位(wèi)範圍内(nèi)使相位(wèi)相同，否(fou)則不僅(jǐn)不能加(jia)速還會(hui)減速。這(zhè)種用高(gao)頻高電(dian)壓加速(sù)的粒子(zǐ)流在時(shí)間上是(shi)一段一(yī)段的，脈(mo)沖式的(de)，是很窄(zhai)的粒子(zǐ)流，成爲(wei)一個個(gè)束團。爲(wei)了利用(yòng)高電壓(ya)來加速(su)，人們把(bǎ)多個中(zhōng)空的金(jīn)屬筒有(you)間隙的(de)排列在(zai)一條直(zhi)線上，并(bìng)将高壓(ya)高頻交(jiao)流電源(yuan)間隔的(de)耦合到(dao)各個圓(yuan)筒上，各(ge)個圓筒(tong)之間存(cún)在高電(diàn)壓，相位(wei)輪流相(xiàng)反，電子(zǐ)在圓筒(tong)之間被(bèi)加速。

   回(huí)旋加速(su)器和電(diàn)子感應(ying)加速器(qi)

   如果要(yào)用直線(xiàn)加速器(qi)得到很(hen)高的電(diàn)子能量(liàng)，整個加(jia)速器要(yào)做的很(hen)長，很不(bu)經濟。到(dao)了20世紀(jì)20年代，回(huí)旋加速(su)器（cyclotron）和電(dian)子感應(yīng)（betatron）相繼發(fā)明，有了(le)把電子(zi)加速到(dao)極高能(neng)量的可(kě)能。回旋(xuan)加速器(qi)是利用(yòng)高頻感(gǎn)應電壓(yā)給電子(zǐ)加速增(zeng)能和用(yong)磁場使(shǐ)帶電粒(lì)子做繞(rào)圈運動(dòng)這兩種(zhǒng)作用建(jian)立起來(lái)的。電子(zǐ)在圓形(xíng)環中運(yùn)動，在加(jiā)速間隙(xì)得到加(jiā)速，所運(yùn)行的軌(gui)道半徑(jìng)也一步(bù)一步增(zēng)加，以達(da)到加速(su)增能的(de)目的。電(diàn)子感應(ying)加速器(qi)是利用(yòng)電子繞(rào)圈内的(de)磁通變(biàn)化所感(gǎn)應出的(de)電場來(lái)加速電(diàn)子。電子(zi)手約束(shu)磁場的(de)作用基(jī)本以不(bú)變的半(bàn)徑繞圓(yuan)圈，每繞(rao)一圈就(jiù)加速一(yi)回，由于(yu)電子的(de)速度很(hen)快，在不(bú)長的時(shi)間内繞(rao)的圈數(shu)很多，故(gù)能夠得(de)到很高(gāo)的能量(liang)。

   同步加(jiā)速器

   1945年(nian) McMillan和Veksler發明(míng)了同步(bù)加速裝(zhuāng)置。同步(bu)加速器(qi)由許多(duō)C型磁鐵(tiě)環狀排(pai)列而成(chéng)，在磁鐵(tiě)中部安(ān)裝了環(huán)型真空(kōng)盒，在環(huán)的某一(yi)段安裝(zhuang)了高頻(pin)高壓加(jia)速器，電(diàn)子就在(zài)真空盒(hé)内，在磁(cí)鐵的作(zuo)用下做(zuo)環狀運(yun)動，經過(guo)高頻時(shi)得到加(jiā)速。爲使(shi)加速後(hou)的電子(zi)仍以相(xiàng)同的半(ban)徑作環(huan)形運動(dòng)，就要改(gai)變同步(bu)C形磁鐵(tiě)造成的(de)約束磁(cí)場，這就(jiu)是同步(bu)加速器(qi)的由來(lai)。到了20世(shi)紀70年代(dài)中期，人(rén)們進一(yi)步認識(shí)到在高(gāo)能物理(li)中用于(yu)對撞實(shí)驗的電(diàn)子存儲(chu)環來發(fa)生同步(bu)輻射更(geng)合适，因(yīn)爲電子(zi)在存儲(chu)環中以(yǐ)一定的(de)能量作(zuo)穩定的(de)回環運(yùn)動，這與(yǔ)同步加(jia)速器中(zhōng)的電子(zǐ)的能量(liàng)不斷改(gai)變的情(qíng)況不同(tong)，因而能(neng)長時間(jian)的穩定(dìng)的發出(chu)同步輻(fu)射光。随(suí)着電子(zǐ)存儲環(huan)能量的(de)提高，所(suǒ)得同步(bù)輻射的(de)波長不(bú)斷縮短(duǎn)，從紫外(wài)線或軟(ruan)X射線一(yī)直擴展(zhan)到硬X射(shè)線。

    同步(bu)輻射 較(jiao)之常規(guī)光源有(yǒu)許多優(you)點。比如(rú)它頻譜(pu)寬，從紅(hong)外一直(zhí)到硬X射(she)線，是一(yī)個包括(kuo)各種波(bo)長光的(de)綜合光(guāng)源，可以(yi)從其中(zhong)得到任(rèn)何所需(xu)波長的(de)光；其中(zhong)最突出(chu)的優點(dian)是亮度(dù)大，對第(dì)一代光(guang)源，亮度(dù)可達10E14~10E15，比(bi)之轉靶(bǎ)X射線發(fā)生器的(de)特征譜(pu)的亮度(du)10E11高出三(sān)四個數(shu)量級。高(gao)亮度的(de)光強可(ke)以做空(kong)前的高(gao)分辨率(lǜ)（空間分(fèn)辨，角分(fen)辨，能量(liang)分辨，時(shí)間分辨(biàn)）的實驗(yàn)，這些都(dou)是用常(chang)規光源(yuán)無法完(wán)成的的(de)，還有同(tong)步輻射(shè)發散角(jiǎo)小，光線(xiàn)是近平(píng)行的，其(qi)利用率(lü)，分辨率(lü)均大大(dà)提高；另(lìng)外還有(yǒu)時間結(jie)構、偏振(zhen)特性，有(yǒu)一定的(de)相幹性(xing)和可準(zhǔn)确計算(suan)等等。正(zhèng)因爲有(yǒu)以上各(gè)種優點(diǎn)，它在科(kē)學、技術(shù)、醫學等(deng)衆多方(fāng)面解決(jué)了一批(pī)常規實(shi)驗室無(wu)法解決(jue)的問題(ti)，做出了(le)重大貢(gòng)獻，世界(jie)各國特(te)别是發(fa)達國家(jiā)對此都(dou)十分重(zhòng)視，紛紛(fen)建立了(le)自己的(de)同步輻(fú)射實驗(yan)中心。

    同(tong)步輻射(she) 是速度(du)接近光(guāng)速（v≈c）的帶(dài)電粒子(zǐ)在磁場(chǎng)中沿弧(hú)形軌道(dào)運動時(shí)放出的(de)電磁輻(fú)射，由于(yu)它最初(chu)是在同(tóng)步加速(su)器上觀(guan)察到的(de)，便又被(bei)稱爲“同(tóng)步輻射(shè)”或“同步(bu)加速器(qì)輻射”。長(zhǎng)期以來(lai)，同步輻(fu)射是不(bu)受高能(néng)物理學(xue)家歡迎(yíng)的東西(xī)，因爲它(ta)消耗了(le)加速器(qi)的能量(liang)，阻礙粒(lì)子能量(liang)的提高(gāo)。但是，人(rén)們很快(kuài)便了解(jiě)到同步(bù)輻射是(shi)具有從(cóng)遠紅 外(wài)到X光範(fan)圍内的(de)連續光(guāng)譜、高強(qiang)度、高度(du)準直、高(gao)度極化(huà)、特性可(ke)精确控(kòng)制等優(yōu)異性能(neng)的脈沖(chong)光源，可(ke)以用以(yǐ)開展其(qí)它光源(yuán)無法實(shí)現的許(xǔ)多前沿(yán)科學技(jì)術研究(jiu)。于是在(zài)幾乎所(suǒ)有的高(gao)能電子(zǐ)加速器(qi)上，都建(jian)造了“寄(ji)生運行(háng)”的同步(bù)輻射光(guāng)束線及(ji)各種應(ying)用同步(bù)光的實(shi)驗裝置(zhì)。至今，同(tóng)步輻射(she)裝置的(de)建造及(ji)在其上(shang)的研究(jiū)、應用，經(jīng)曆了三(san)代的發(fa)展。

    同步(bu)輻射的(de)特點：

    ①光(guāng)譜連續(xu)且範圍(wéi)寬，由于(yu)同步輻(fú)射是非(fēi)束縛态(tai)電子的(de)輻射，所(suǒ)以它的(de)光譜是(shi)連續的(de)，從遠紅(hong)外、可見(jian)光、紫外(wài)直到硬(yìng)X射線（104～10-1埃(ai))。②輻射強(qiang)度高，在(zài)真空紫(zi)外和X射(shè)線波段(duan)，能提供(gong)比常規(gui) X射線管(guǎn)強度高(gao)103～106倍的光(guāng)源，相當(dang)于幾平(ping)方毫米(mǐ)面積上(shàng)有100千瓦(wǎ)的能流(liu)。③高度偏(piān)振，同步(bu)輻射在(zai)電子軌(gui)道平面(mian)内是完(wan)全偏振(zhèn)的光，偏(pian)振度達(dá) 100%；在軌道(dào)平面上(shàng)下是橢(tuo)圓偏振(zhen)；在全部(bù)輻射中(zhōng)，水平偏(piān)振占75%。④具(jù)有脈沖(chòng)時間結(jié)構，同步(bù)輻射是(shi)一種脈(mò)沖光，脈(mò)沖寬度(dù)爲0.1～1納秒(miao)，脈沖間(jiān)隔爲微(wei)秒量級(jí)（單束團(tuan)工作）或(huò)幾納秒(miao)到幾百(bai)納秒範(fàn)圍内可(ke)調（多束(shu)團工作(zuò)）。⑤高度準(zhun)直，能量(liàng)大于10億(yi)電子伏(fú)的電子(zi)儲存環(huán)的輻射(shè)光錐張(zhāng)角小于(yu)1毫弧度(dù),接近平(ping)行光束(shu)，小于普(pu)通激光(guāng)束的發(fā)射角。⑥潔(jié)淨的高(gāo)真空環(huan)境,由于(yú)同步輻(fu)射是在(zài)超高真(zhen)空(儲存(cún)環中的(de)真空度(du)爲10-7～10-9帕)或(huo)高真空(kong)（10-4～10-6帕）的條(tiáo)件下産(chǎn)生的，不(bú)存在普(pǔ)通光源(yuán)中的電(dian)極濺射(shè)等幹擾(rǎo)，是非常(chang)潔淨的(de)光源。⑦波(bo)譜可準(zhǔn)确計算(suan)，其強度(dù)、角分布(bù)和能量(liang)分布都(dōu)可以精(jing)确計算(suàn)。

    同步輻(fu)射 在基(jī)礎科學(xué)、應用科(kē)學和工(gong)藝學等(deng)領域已(yi)得到廣(guǎng)泛應用(yong)：①近代生(sheng)物學，例(li)如測定(ding)蛋白質(zhi)的結構(gou)和蛋白(bai)質的分(fen)子結構(gòu),通過X射(shè)線小角(jiao)散射可(kě)研究蛋(dan)白質生(sheng)理活動(dòng)過程和(hé)神經作(zuò)用過程(cheng)等的動(dòng)态變化(hua)，通過X射(she)線熒光(guāng)分析可(ke)測定生(shēng)物樣品(pin)中原子(zǐ)的種類(lèi)和含量(liàng)，靈敏度(du)可達10-9克(ke)/克。②固體(ti)物理學(xue),可用于(yú)研究固(gù)體的電(dian)子狀态(tài)、固體的(de)結構、激(jī)發态壽(shòu)命及晶(jing)體的生(sheng)長和固(gu)體的損(sun)壞等動(dòng)态過程(cheng)。③表面物(wù)理學和(he)表面化(huà)學，可用(yòng)于研究(jiū)固體的(de)表面性(xing)質，如半(ban)導體和(hé)金屬表(biǎo)面的光(guang)特性；物(wù)質的氧(yǎng)化、催化(huà)、腐蝕等(deng)過程的(de)表面電(dian)子結構(gou)和變化(huà)。④結構化(huà)學，可用(yong)于測定(ding)原子的(de)配位結(jié)構、大分(fen)子之間(jiān)的化學(xue)鍵參數(shù)等，如對(duì)催化劑(ji)、金屬酶(méi)的結構(gòu)測定。⑤醫(yī)學，可用(yòng)于腫瘤(liu)的診斷(duàn)和治療(liao)，如測定(dìng)血液内(nei)一些元(yuan)素的含(hán)量、血管(guan)造影、診(zhěn)斷人體(ti)内各種(zhǒng)腫瘤和(hé)進行微(wei)型手術(shu)以除去(qù)人體特(tè)殊部位(wèi)的一些(xie)異常分(fen)子等。⑥光(guāng)刻技術(shù)，由于衍(yǎn)射效應(yīng)，普遍采(cai)用的紫(zǐ)外線光(guāng)刻的最(zuì)小線寬(kuan)約2微米(mǐ)，而同步(bù)輻射光(guāng)近似平(ping)行光束(shù),用于光(guāng)刻時其(qí)線寬可(kě)降至20埃(āi)，使分辨(biàn)率提高(gāo)幾個數(shu)量級；這(zhe)對計算(suàn)機、自動(dòng)控制和(he)光通信(xìn)技術等(děng)意義重(zhòng)大。