同步(bù)輻射 是速度接(jiē)近光速的帶電(diàn)粒子在作曲線(xiàn)運動時沿切線(xiàn)方向發出的電(diàn)磁輻射——也叫同(tong)步光。這種光是(shì)1947年在美國通用(yòng)電器公司的一(yī)台70Mev的同步加速(sù)器中首次觀察(cha)到的，因此被命(ming)名爲同步輻射(shè)，但對同步輻射(she)的研究與認識(shi)并非從此開始(shǐ)，對于這種高速(su)運動的電子的(de)速度改變時會(hui)發出輻射的現(xian)象早就被人們(men)所認識并經曆(li)了長期的理論(lùn)研究，但要從實(shí)驗上觀察到這(zhè)種輻射卻不是(shi)一件容易的事(shi)，需要有以近光(guāng)速運動的高能(neng)量電子，電子加(jia)速器的發展成(chéng)爲獲得同步輻(fú)射的技術基礎(chǔ)。  同步輻射的電(diàn)子加速器可使(shi)高能電子加速(su)到Mev乃至Gev的能量(liang)範圍，主要有以(yi)下幾種類型：

    直(zhi)線加速器

    加速(su)電子（或其它帶(dai)電粒子）到高速(sù)度、高能量的簡(jian)單且直接的方(fāng)法是高壓型加(jia)速，增大加速電(dian)壓就能使電子(zi)加速到很高的(de)速度或能量，這(zhè)種加速過程需(xū)要在高真空或(huò)超高真空條件(jiàn)中進行。對于電(diàn)子，其帶電量爲(wei)一個電子電菏(hé)e，如要将電子加(jia)速到幾十Kev的能(néng)量就要用幾十(shi)KV的電壓，以此類(lei)推，在更高的電(diàn)壓條件下，爲避(bì)免高壓擊穿須(xū)采用強烈的電(dian)感應來加速，而(er)且必須在合适(shì)的相位範圍内(nèi)使相位相同，否(fou)則不僅不能加(jia)速還會減速。這(zhe)種用高頻高電(diàn)壓加速的粒子(zǐ)流在時間上是(shì)一段一段的，脈(mò)沖式的，是很窄(zhǎi)的粒子流，成爲(wei)一個個束團。爲(wèi)了利用高電壓(ya)來加速，人們把(bǎ)多個中空的金(jīn)屬筒有間隙的(de)排列在一條直(zhi)線上，并将高壓(ya)高頻交流電源(yuán)間隔的耦合到(dao)各個圓筒上，各(gè)個圓筒之間存(cun)在高電壓，相位(wèi)輪流相反，電子(zi)在圓筒之間被(bei)加速。

   回旋加速(su)器和電子感應(yīng)加速器

   如果要(yào)用直線加速器(qi)得到很高的電(diàn)子能量，整個加(jiā)速器要做的很(hen)長，很不經濟。到(dào)了20世紀20年代，回(huí)旋加速器（cyclotron）和電(diàn)子感應（betatron）相繼發(fā)明，有了把電子(zi)加速到極高能(néng)量的可能。回旋(xuan)加速器是利用(yòng)高頻感應電壓(yā)給電子加速增(zeng)能和用磁場使(shi)帶電粒子做繞(rao)圈運動這兩種(zhong)作用建立起來(lái)的。電子在圓形(xíng)環中運動，在加(jia)速間隙得到加(jiā)速，所運行的軌(gui)道半徑也一步(bu)一步增加，以達(dá)到加速增能的(de)目的。電子感應(yīng)加速器是利用(yong)電子繞圈内的(de)磁通變化所感(gǎn)應出的電場來(lai)加速電子。電子(zi)手約束磁場的(de)作用基本以不(bu)變的半徑繞圓(yuán)圈，每繞一圈就(jiù)加速一回，由于(yu)電子的速度很(hen)快，在不長的時(shi)間内繞的圈數(shù)很多，故能夠得(de)到很高的能量(liàng)。

   同步加速器

   1945年(nian) McMillan和Veksler發明了同步(bu)加速裝置。同步(bu)加速器由許多(duo)C型磁鐵環狀排(pai)列而成，在磁鐵(tiě)中部安裝了環(huán)型真空盒，在環(huan)的某一段安裝(zhuang)了高頻高壓加(jiā)速器，電子就在(zài)真空盒内，在磁(cí)鐵的作用下做(zuò)環狀運動，經過(guo)高頻時得到加(jiā)速。爲使加速後(hou)的電子仍以相(xiang)同的半徑作環(huan)形運動，就要改(gai)變同步C形磁鐵(tiě)造成的約束磁(cí)場，這就是同步(bu)加速器的由來(lai)。到了20世紀70年代(dài)中期，人們進一(yī)步認識到在高(gāo)能物理中用于(yú)對撞實驗的電(diàn)子存儲環來發(fa)生同步輻射更(geng)合适，因爲電子(zǐ)在存儲環中以(yǐ)一定的能量作(zuo)穩定的回環運(yùn)動，這與同步加(jia)速器中的電子(zǐ)的能量不斷改(gǎi)變的情況不同(tóng)，因而能長時間(jiān)的穩定的發出(chu)同步輻射光。随(sui)着電子存儲環(huan)能量的提高，所(suǒ)得同步輻射的(de)波長不斷縮短(duan)，從紫外線或軟(ruǎn)X射線一直擴展(zhǎn)到硬X射線。

    同步(bu)輻射 較之常規(gui)光源有許多優(you)點。比如它頻譜(pu)寬，從紅外一直(zhí)到硬X射線，是一(yi)個包括各種波(bō)長光的綜合光(guāng)源，可以從其中(zhōng)得到任何所需(xū)波長的光；其中(zhong)最突出的優點(diǎn)是亮度大，對第(dì)一代光源，亮度(dù)可達10E14~10E15，比之轉靶(bǎ)X射線發生器的(de)特征譜的亮度(du)10E11高出三四個數(shù)量級。高亮度的(de)光強可以做空(kong)前的高分辨率(lǜ)（空間分辨，角分(fèn)辨，能量分辨，時(shi)間分辨）的實驗(yàn)，這些都是用常(cháng)規光源無法完(wán)成的的，還有同(tóng)步輻射發散角(jiǎo)小，光線是近平(ping)行的，其利用率(lü)，分辨率均大大(dà)提高；另外還有(yǒu)時間結構、偏振(zhèn)特性，有一定的(de)相幹性和可準(zhun)确計算等等。正(zheng)因爲有以上各(ge)種優點，它在科(kē)學、技術、醫學等(děng)衆多方面解決(jue)了一批常規實(shí)驗室無法解決(jué)的問題，做出了(le)重大貢獻，世界(jie)各國特别是發(fā)達國家對此都(dou)十分重視，紛紛(fēn)建立了自己的(de)同步輻射實驗(yàn)中心。

    同步輻射(she) 是速度接近光(guang)速（v≈c）的帶電粒子(zi)在磁場中沿弧(hu)形軌道運動時(shi)放出的電磁輻(fu)射，由于它最初(chū)是在同步加速(sù)器上觀察到的(de)，便又被稱爲“同(tóng)步輻射”或“同步(bù)加速器輻射”。長(zhang)期以來，同步輻(fu)射是不受高能(néng)物理學家歡迎(yíng)的東西，因爲它(ta)消耗了加速器(qi)的能量，阻礙粒(li)子能量的提高(gāo)。但是，人們很快(kuài)便了解到同步(bù)輻射是具有從(cóng)遠紅 外到X光範(fan)圍内的連續光(guang)譜、高強度、高度(dù)準直、高度極化(huà)、特性可精确控(kong)制等優異性能(néng)的脈沖光源，可(ke)以用以開展其(qi)它光源無法實(shi)現的許多前沿(yán)科學技術研究(jiu)。于是在幾乎所(suǒ)有的高能電子(zi)加速器上，都建(jiàn)造了“寄生運行(háng)”的同步輻射光(guāng)束線及各種應(ying)用同步光的實(shi)驗裝置。至今，同(tong)步輻射裝置的(de)建造及在其上(shàng)的研究、應用，經(jīng)曆了三代的發(fā)展。

    同步輻射的(de)特點：

    ①光譜連續(xù)且範圍寬，由于(yu)同步輻射是非(fei)束縛态電子的(de)輻射，所以它的(de)光譜是連續的(de)，從遠紅外、可見(jian)光、紫外直到硬(yìng)X射線（104～10-1埃)。②輻射強(qiáng)度高，在真空紫(zǐ)外和X射線波段(duan)，能提供比常規(guī) X射線管強度高(gāo)103～106倍的光源，相當(dang)于幾平方毫米(mi)面積上有100千瓦(wǎ)的能流。③高度偏(pian)振，同步輻射在(zai)電子軌道平面(mian)内是完全偏振(zhen)的光，偏振度達(da) 100%；在軌道平面上(shang)下是橢圓偏振(zhèn)；在全部輻射中(zhōng)，水平偏振占75%。④具(ju)有脈沖時間結(jie)構，同步輻射是(shi)一種脈沖光，脈(mo)沖寬度爲0.1～1納秒(miao)，脈沖間隔爲微(wēi)秒量級（單束團(tuan)工作）或幾納秒(miao)到幾百納秒範(fàn)圍内可調（多束(shu)團工作）。⑤高度準(zhun)直，能量大于10億(yi)電子伏的電子(zi)儲存環的輻射(she)光錐張角小于(yu)1毫弧度,接近平(píng)行光束，小于普(pǔ)通激光束的發(fa)射角。⑥潔淨的高(gāo)真空環境,由于(yu)同步輻射是在(zai)超高真空(儲存(cún)環中的真空度(du)爲10-7～10-9帕)或高真空(kōng)（10-4～10-6帕）的條件下産(chǎn)生的，不存在普(pu)通光源中的電(diàn)極濺射等幹擾(rǎo)，是非常潔淨的(de)光源。⑦波譜可準(zhun)确計算，其強度(dù)、角分布和能量(liang)分布都可以精(jing)确計算。

    同步輻(fú)射 在基礎科學(xué)、應用科學和工(gōng)藝學等領域已(yi)得到廣泛應用(yòng)：①近代生物學，例(lì)如測定蛋白質(zhi)的結構和蛋白(bái)質的分子結構(gòu),通過X射線小角(jiao)散射可研究蛋(dàn)白質生理活動(dòng)過程和神經作(zuo)用過程等的動(dòng)态變化，通過X射(shè)線熒光分析可(kě)測定生物樣品(pǐn)中原子的種類(lei)和含量，靈敏度(dù)可達10-9克/克。②固體(tǐ)物理學,可用于(yu)研究固體的電(dian)子狀态、固體的(de)結構、激發态壽(shòu)命及晶體的生(shēng)長和固體的損(sǔn)壞等動态過程(chéng)。③表面物理學和(he)表面化學，可用(yong)于研究固體的(de)表面性質，如半(bàn)導體和金屬表(biao)面的光特性；物(wù)質的氧化、催化(hua)、腐蝕等過程的(de)表面電子結構(gou)和變化。④結構化(huà)學，可用于測定(dìng)原子的配位結(jie)構、大分子之間(jian)的化學鍵參數(shu)等，如對催化劑(jì)、金屬酶的結構(gòu)測定。⑤醫學，可用(yòng)于腫瘤的診斷(duàn)和治療，如測定(dìng)血液内一些元(yuan)素的含量、血管(guǎn)造影、診斷人體(tǐ)内各種腫瘤和(hé)進行微型手術(shù)以除去人體特(tè)殊部位的一些(xie)異常分子等。⑥光(guang)刻技術，由于衍(yǎn)射效應，普遍采(cǎi)用的紫外線光(guāng)刻的最小線寬(kuan)約2微米，而同步(bu)輻射光近似平(píng)行光束,用于光(guang)刻時其線寬可(kě)降至20埃，使分辨(bian)率提高幾個數(shù)量級；這對計算(suan)機、自動控制和(hé)光通信技術等(děng)意義重大。