同步(bu)輻射 是速(su)度接近光(guāng)速的帶電(dian)粒子在作(zuo)曲線運動(dòng)時沿切線(xian)方向發出(chū)的電磁輻(fu)射——也叫同(tong)步光。這種(zhǒng)光是1947年在(zài)美國通用(yong)電器公司(si)的一台70Mev的(de)同步加速(su)器中首次(ci)觀察到的(de)，因此被命(ming)名爲同步(bù)輻射，但對(dui)同步輻射(shè)的研究與(yǔ)認識并非(fēi)從此開始(shi)，對于這種(zhǒng)高速運動(dong)的電子的(de)速度改變(bian)時會發出(chu)輻射的現(xian)象早就被(bei)人們所認(rèn)識并經曆(lì)了長期的(de)理論研究(jiū)，但要從實(shi)驗上觀察(cha)到這種輻(fu)射卻不是(shi)一件容易(yì)的事，需要(yao)有以近光(guāng)速運動的(de)高能量電(dian)子，電子加(jia)速器的發(fa)展成爲獲(huo)得同步輻(fu)射的技術(shu)基礎。  同步(bu)輻射的電(diàn)子加速器(qi)可使高能(néng)電子加速(su)到Mev乃至Gev的(de)能量範圍(wei)，主要有以(yi)下幾種類(lèi)型：

    直線加(jiā)速器

    加速(sù)電子（或其(qi)它帶電粒(li)子）到高速(sù)度、高能量(liang)的簡單且(qie)直接的方(fang)法是高壓(ya)型加速，增(zeng)大加速電(dian)壓就能使(shǐ)電子加速(sù)到很高的(de)速度或能(neng)量，這種加(jia)速過程需(xu)要在高真(zhen)空或超高(gāo)真空條件(jian)中進行。對(dui)于電子，其(qi)帶電量爲(wèi)一個電子(zǐ)電菏e，如要(yao)将電子加(jia)速到幾十(shí)Kev的能量就(jiu)要用幾十(shí)KV的電壓，以(yǐ)此類推，在(zài)更高的電(dian)壓條件下(xià)，爲避免高(gāo)壓擊穿須(xu)采用強烈(lie)的電感應(ying)來加速，而(er)且必須在(zai)合适的相(xiang)位範圍内(nèi)使相位相(xiang)同，否則不(bú)僅不能加(jiā)速還會減(jian)速。這種用(yòng)高頻高電(diàn)壓加速的(de)粒子流在(zai)時間上是(shì)一段一段(duan)的，脈沖式(shi)的，是很窄(zhǎi)的粒子流(liú)，成爲一個(ge)個束團。爲(wei)了利用高(gao)電壓來加(jiā)速，人們把(bǎ)多個中空(kōng)的金屬筒(tǒng)有間隙的(de)排列在一(yī)條直線上(shang)，并将高壓(ya)高頻交流(liu)電源間隔(ge)的耦合到(dào)各個圓筒(tǒng)上，各個圓(yuan)筒之間存(cún)在高電壓(yā)，相位輪流(liú)相反，電子(zǐ)在圓筒之(zhī)間被加速(sù)。

   回旋加速(sù)器和電子(zǐ)感應加速(sù)器

   如果要(yao)用直線加(jiā)速器得到(dào)很高的電(dian)子能量，整(zhěng)個加速器(qì)要做的很(hěn)長，很不經(jing)濟。到了20世(shì)紀20年代，回(huí)旋加速器(qì)（cyclotron）和電子感(gan)應（betatron）相繼發(fā)明，有了把(bǎ)電子加速(su)到極高能(néng)量的可能(néng)。回旋加速(su)器是利用(yong)高頻感應(yīng)電壓給電(dian)子加速增(zēng)能和用磁(cí)場使帶電(dian)粒子做繞(rao)圈運動這(zhè)兩種作用(yòng)建立起來(lái)的。電子在(zài)圓形環中(zhōng)運動，在加(jia)速間隙得(dé)到加速，所(suo)運行的軌(gui)道半徑也(yě)一步一步(bu)增加，以達(da)到加速增(zēng)能的目的(de)。電子感應(ying)加速器是(shi)利用電子(zi)繞圈内的(de)磁通變化(hua)所感應出(chu)的電場來(lái)加速電子(zi)。電子手約(yue)束磁場的(de)作用基本(běn)以不變的(de)半徑繞圓(yuán)圈，每繞一(yī)圈就加速(sù)一回，由于(yú)電子的速(su)度很快，在(zài)不長的時(shi)間内繞的(de)圈數很多(duo)，故能夠得(de)到很高的(de)能量。

   同步(bù)加速器

   1945年(nian) McMillan和Veksler發明了(le)同步加速(sù)裝置。同步(bu)加速器由(yóu)許多C型磁(cí)鐵環狀排(pai)列而成，在(zai)磁鐵中部(bù)安裝了環(huan)型真空盒(he)，在環的某(mou)一段安裝(zhuang)了高頻高(gāo)壓加速器(qì)，電子就在(zai)真空盒内(nei)，在磁鐵的(de)作用下做(zuò)環狀運動(dong)，經過高頻(pín)時得到加(jia)速。爲使加(jia)速後的電(dian)子仍以相(xiàng)同的半徑(jìng)作環形運(yùn)動，就要改(gǎi)變同步C形(xing)磁鐵造成(cheng)的約束磁(ci)場，這就是(shi)同步加速(su)器的由來(lái)。到了20世紀(ji)70年代中期(qī)，人們進一(yī)步認識到(dào)在高能物(wu)理中用于(yú)對撞實驗(yan)的電子存(cun)儲環來發(fā)生同步輻(fú)射更合适(shì)，因爲電子(zi)在存儲環(huán)中以一定(dìng)的能量作(zuò)穩定的回(huí)環運動，這(zhè)與同步加(jiā)速器中的(de)電子的能(néng)量不斷改(gai)變的情況(kuang)不同，因而(er)能長時間(jian)的穩定的(de)發出同步(bù)輻射光。随(sui)着電子存(cun)儲環能量(liang)的提高，所(suo)得同步輻(fu)射的波長(zhǎng)不斷縮短(duan)，從紫外線(xian)或軟X射線(xian)一直擴展(zhan)到硬X射線(xiàn)。

    同步輻射(shè) 較之常規(guī)光源有許(xu)多優點。比(bi)如它頻譜(pǔ)寬，從紅外(wài)一直到硬(ying)X射線，是一(yi)個包括各(gè)種波長光(guāng)的綜合光(guang)源，可以從(cóng)其中得到(dào)任何所需(xu)波長的光(guāng)；其中最突(tū)出的優點(diǎn)是亮度大(dà)，對第一代(dài)光源，亮度(du)可達10E14~10E15，比之(zhi)轉靶X射線(xian)發生器的(de)特征譜的(de)亮度10E11高出(chū)三四個數(shù)量級。高亮(liang)度的光強(qiáng)可以做空(kong)前的高分(fèn)辨率（空間(jiān)分辨，角分(fèn)辨，能量分(fen)辨，時間分(fen)辨）的實驗(yan)，這些都是(shì)用常規光(guang)源無法完(wán)成的的，還(hái)有同步輻(fú)射發散角(jiǎo)小，光線是(shi)近平行的(de)，其利用率(lü)，分辨率均(jun1)大大提高(gao)；另外還有(you)時間結構(gou)、偏振特性(xing)，有一定的(de)相幹性和(hé)可準确計(ji)算等等。正(zheng)因爲有以(yi)上各種優(you)點，它在科(ke)學、技術、醫(yī)學等衆多(duō)方面解決(jué)了一批常(chang)規實驗室(shi)無法解決(jué)的問題，做(zuò)出了重大(da)貢獻，世界(jiè)各國特别(bié)是發達國(guó)家對此都(dōu)十分重視(shì)，紛紛建立(li)了自己的(de)同步輻射(she)實驗中心(xīn)。

    同步輻射(shè) 是速度接(jiē)近光速（v≈c）的(de)帶電粒子(zi)在磁場中(zhong)沿弧形軌(gui)道運動時(shi)放出的電(diàn)磁輻射，由(yóu)于它最初(chū)是在同步(bù)加速器上(shang)觀察到的(de)，便又被稱(cheng)爲“同步輻(fu)射”或“同步(bù)加速器輻(fú)射”。長期以(yi)來，同步輻(fú)射是不受(shòu)高能物理(li)學家歡迎(ying)的東西，因(yīn)爲它消耗(hào)了加速器(qi)的能量，阻(zǔ)礙粒子能(neng)量的提高(gao)。但是，人們(men)很快便了(le)解到同步(bù)輻射是具(ju)有從遠紅(hóng) 外到X光範(fàn)圍内的連(lián)續光譜、高(gao)強度、高度(du)準直、高度(dù)極化、特性(xìng)可精确控(kong)制等優異(yì)性能的脈(mo)沖光源，可(ke)以用以開(kai)展其它光(guāng)源無法實(shi)現的許多(duo)前沿科學(xué)技術研究(jiū)。于是在幾(jǐ)乎所有的(de)高能電子(zi)加速器上(shàng)，都建造了(le)“寄生運行(háng)”的同步輻(fu)射光束線(xian)及各種應(ying)用同步光(guang)的實驗裝(zhuāng)置。至今，同(tong)步輻射裝(zhuāng)置的建造(zao)及在其上(shang)的研究、應(yīng)用，經曆了(le)三代的發(fa)展。

    同步輻(fú)射的特點(diǎn)：

    ①光譜連續(xu)且範圍寬(kuan)，由于同步(bu)輻射是非(fēi)束縛态電(dian)子的輻射(she)，所以它的(de)光譜是連(lian)續的，從遠(yuan)紅外、可見(jian)光、紫外直(zhí)到硬X射線(xiàn)（104～10-1埃)。②輻射強(qiang)度高，在真(zhēn)空紫外和(hé)X射線波段(duàn)，能提供比(bi)常規 X射線(xian)管強度高(gāo)103～106倍的光源(yuán)，相當于幾(ji)平方毫米(mǐ)面積上有(you)100千瓦的能(néng)流。③高度偏(piān)振，同步輻(fu)射在電子(zi)軌道平面(miàn)内是完全(quán)偏振的光(guang)，偏振度達(dá) 100%；在軌道平(ping)面上下是(shì)橢圓偏振(zhèn)；在全部輻(fu)射中，水平(píng)偏振占75%。④具(ju)有脈沖時(shí)間結構，同(tong)步輻射是(shi)一種脈沖(chòng)光，脈沖寬(kuān)度爲0.1～1納秒(miǎo)，脈沖間隔(ge)爲微秒量(liang)級（單束團(tuán)工作）或幾(ji)納秒到幾(ji)百納秒範(fàn)圍内可調(diào)（多束團工(gong)作）。⑤高度準(zhǔn)直，能量大(dà)于10億電子(zi)伏的電子(zi)儲存環的(de)輻射光錐(zhuī)張角小于(yú)1毫弧度,接(jie)近平行光(guāng)束，小于普(pu)通激光束(shu)的發射角(jiǎo)。⑥潔淨的高(gao)真空環境(jìng),由于同步(bu)輻射是在(zài)超高真空(kōng)(儲存環中(zhong)的真空度(du)爲10-7～10-9帕)或高(gao)真空（10-4～10-6帕）的(de)條件下産(chan)生的，不存(cun)在普通光(guāng)源中的電(dian)極濺射等(děng)幹擾，是非(fei)常潔淨的(de)光源。⑦波譜(pu)可準确計(jì)算，其強度(dù)、角分布和(hé)能量分布(bu)都可以精(jīng)确計算。

    同(tong)步輻射 在(zài)基礎科學(xué)、應用科學(xué)和工藝學(xue)等領域已(yi)得到廣泛(fan)應用：①近代(dài)生物學，例(li)如測定蛋(dan)白質的結(jié)構和蛋白(bai)質的分子(zi)結構,通過(guo)X射線小角(jiǎo)散射可研(yan)究蛋白質(zhi)生理活動(dong)過程和神(shen)經作用過(guò)程等的動(dong)态變化，通(tōng)過X射線熒(yíng)光分析可(ke)測定生物(wu)樣品中原(yuan)子的種類(lei)和含量，靈(ling)敏度可達(dá)10-9克/克。②固體(tǐ)物理學,可(kě)用于研究(jiu)固體的電(diàn)子狀态、固(gù)體的結構(gou)、激發态壽(shou)命及晶體(ti)的生長和(he)固體的損(sun)壞等動态(tài)過程。③表面(mian)物理學和(hé)表面化學(xué)，可用于研(yán)究固體的(de)表面性質(zhi)，如半導體(tǐ)和金屬表(biao)面的光特(tè)性；物質的(de)氧化、催化(huà)、腐蝕等過(guò)程的表面(mian)電子結構(gòu)和變化。④結(jie)構化學，可(ke)用于測定(dìng)原子的配(pei)位結構、大(da)分子之間(jian)的化學鍵(jiàn)參數等，如(rú)對催化劑(jì)、金屬酶的(de)結構測定(ding)。⑤醫學，可用(yòng)于腫瘤的(de)診斷和治(zhì)療，如測定(ding)血液内一(yī)些元素的(de)含量、血管(guan)造影、診斷(duàn)人體内各(ge)種腫瘤和(he)進行微型(xíng)手術以除(chú)去人體特(te)殊部位的(de)一些異常(cháng)分子等。⑥光(guang)刻技術，由(yóu)于衍射效(xiao)應，普遍采(cǎi)用的紫外(wài)線光刻的(de)最小線寬(kuan)約2微米，而(er)同步輻射(shè)光近似平(ping)行光束,用(yong)于光刻時(shí)其線寬可(ke)降至20埃，使(shi)分辨率提(ti)高幾個數(shù)量級；這對(duì)計算機、自(zì)動控制和(hé)光通信技(ji)術等意義(yi)重大。