同(tong)步輻(fu)射 是(shi)速度接近(jin)光速的帶電粒子在(zai)作曲線運動時沿切線(xian)方向發(fa)出的電磁(ci)輻射(she)——也叫(jiao)同步光。這(zhe)種光是1947年(nian)在(zai)美國通用電器公(gong)司的一(yi)台70mev的同(tong)步加(jia)速器中首次觀察到的，因(yin)此被命(ming)名爲同(tong)步輻射，但對同步輻射的(de)研究(jiu)與認識并(bing)非從此(ci)開始，對于這(zhe)種高速運動(dong)的電子(zi)的(de)速度改(gai)變時(shi)會(hui)發(fa)出輻射的現象早就(jiu)被人們(men)所(suo)認識并經(jing)曆(li)了長(zhang)期(qi)的理論研究，但要從(cong)實驗上觀(guan)察到這種(zhong)輻射卻不(bu)是一(yi)件容(rong)易的事，需要有(you)以近光速運動(dong)的高能量(liang)電子，電子加速器的(de)發展成爲(wei)獲得(de)同步(bu)輻射的技術基礎。  同(tong)步輻(fu)射的電子加速(su)器可使高能電子加速到mev乃至(zhi)gev的能量範圍，主要有(you)以下幾種(zhong)類型：

    直線加速(su)器

    加(jia)速(su)電(dian)子（或(huo)其它帶電粒子(zi)）到高速(su)度、高能量的簡單(dan)且直(zhi)接的(de)方(fang)法是高壓型加速，增大(da)加速電壓就能(neng)使電子加速到(dao)很高的速度或(huo)能量，這(zhe)種(zhong)加速過程需要在高真空或(huo)超高真(zhen)空條件中進行(hang)。對于電子(zi)，其帶(dai)電量(liang)爲(wei)一個電(dian)子電菏e，如要将電子加速到幾(ji)十kev的(de)能量(liang)就(jiu)要(yao)用幾(ji)十kv的電壓(ya)，以此類推，在更高的(de)電壓條件(jian)下，爲避免高壓(ya)擊穿須(xu)采用強(qiang)烈的電(dian)感應來(lai)加速，而且必須(xu)在合适的相位(wei)範圍内使(shi)相位(wei)相同，否(fou)則(ze)不僅(jin)不能(neng)加速還會(hui)減速。這(zhe)種用高頻高(gao)電壓加速(su)的粒子流在時(shi)間上(shang)是一(yi)段(duan)一(yi)段的(de)，脈沖(chong)式的(de)，是很(hen)窄的粒子(zi)流，成爲一(yi)個個束團(tuan)。爲了(le)利用(yong)高電壓(ya)來加速，人們把(ba)多(duo)個中(zhong)空的金(jin)屬(shu)筒有(you)間隙的排列在(zai)一條(tiao)直線上，并(bing)将高壓高(gao)頻交(jiao)流電源間(jian)隔的耦合(he)到(dao)各個圓(yuan)筒上，各(ge)個圓筒(tong)之間存在高電(dian)壓，相位輪流相(xiang)反，電子在圓筒(tong)之間被加速。

   回旋加(jia)速器(qi)和電(dian)子感(gan)應加速器(qi)

   如果要用(yong)直線(xian)加速器得(de)到很(hen)高的(de)電子(zi)能量(liang)，整個加速器要(yao)做(zuo)的很(hen)長(zhang)，很不(bu)經濟。到了20世紀(ji)20年代，回旋加速(su)器（cyclotron）和電子(zi)感應(ying)（betatron）相繼(ji)發明，有了(le)把(ba)電子(zi)加速到(dao)極高能量(liang)的(de)可(ke)能。回旋加速器(qi)是利(li)用高頻感(gan)應電壓(ya)給(gei)電子(zi)加(jia)速增能和用(yong)磁場使帶電粒子做繞圈(quan)運動(dong)這兩種(zhong)作用建立起(qi)來的(de)。電子(zi)在圓形環中運(yun)動，在加速間隙(xi)得到加速，所運(yun)行的軌道半徑(jing)也一(yi)步一步增加，以達到加速(su)增能的目(mu)的(de)。電子感(gan)應加速器(qi)是利用電(dian)子繞圈内(nei)的磁通變化所感應出的電場來加速(su)電(dian)子。電子手(shou)約束(shu)磁場的作用基(ji)本以不變(bian)的半徑繞(rao)圓圈(quan)，每繞(rao)一圈就(jiu)加(jia)速一回，由于電子的(de)速度很(hen)快(kuai)，在不(bu)長的時間内繞(rao)的圈數很(hen)多，故能夠(gou)得到很高(gao)的能量(liang)。

   同(tong)步加(jia)速器(qi)

   1945年(nian) mcmillan和(he)veksler發明(ming)了同(tong)步加(jia)速裝(zhuang)置(zhi)。同步加(jia)速器(qi)由許多c型磁鐵環狀排列而成(cheng)，在磁(ci)鐵中部安(an)裝了(le)環型(xing)真空(kong)盒(he)，在環的(de)某一(yi)段安裝了高頻(pin)高壓加速(su)器，電子就在真空盒(he)内，在(zai)磁鐵(tie)的作(zuo)用下做環狀運(yun)動，經過高(gao)頻時(shi)得到加速。爲使(shi)加速後(hou)的(de)電子仍以(yi)相(xiang)同的半(ban)徑作環形運動(dong)，就要改變同步(bu)c形磁鐵造成的約束磁場，這就(jiu)是同步(bu)加(jia)速器(qi)的由來(lai)。到了20世(shi)紀70年代中(zhong)期，人(ren)們進(jin)一(yi)步認識(shi)到在高(gao)能物理中用(yong)于對撞實(shi)驗的電子(zi)存儲(chu)環來發生(sheng)同步(bu)輻射更(geng)合(he)适，因爲電子(zi)在(zai)存儲環中(zhong)以一定的(de)能(neng)量作穩定的(de)回環(huan)運(yun)動(dong)，這(zhe)與(yu)同步(bu)加速(su)器中(zhong)的電子的(de)能量(liang)不斷改變的情(qing)況不同，因而能(neng)長時(shi)間的穩定的發出(chu)同(tong)步輻(fu)射光(guang)。随着電子(zi)存儲環能(neng)量的提(ti)高，所得同步(bu)輻射(she)的波(bo)長不斷縮短，從紫外(wai)線或軟x射線一直擴展到硬x射(she)線。

    同(tong)步輻(fu)射 較(jiao)之常(chang)規光源有許多優點。比如(ru)它頻(pin)譜(pu)寬，從紅(hong)外一(yi)直到(dao)硬x射線，是一個包括(kuo)各種波(bo)長(zhang)光(guang)的綜合(he)光源(yuan)，可以(yi)從其中(zhong)得(de)到任何所(suo)需(xu)波長的(de)光；其(qi)中最突出(chu)的優點是亮(liang)度(du)大，對第一代光源，亮(liang)度可達10e14~10e15，比(bi)之轉靶x射線發(fa)生器的特征譜(pu)的亮度(du)10e11高(gao)出三(san)四個數量級。高(gao)亮度的(de)光強可以做空(kong)前(qian)的高(gao)分辨率（空間分(fen)辨，角分(fen)辨，能量(liang)分辨，時間(jian)分辨）的實驗，這些都是用(yong)常規光源(yuan)無(wu)法(fa)完成的的(de)，還有同步輻射發散角小(xiao)，光線(xian)是近(jin)平(ping)行的，其(qi)利用率，分辨率(lü)均大大提高；另(ling)外還有時間(jian)結(jie)構、偏振特(te)性，有(you)一定的相幹性(xing)和可準确(que)計算(suan)等等(deng)。正因(yin)爲有(you)以上各種優點(dian)，它在(zai)科學、技術(shu)、醫學等(deng)衆(zhong)多方面解決了一批(pi)常規(gui)實驗(yan)室無(wu)法解(jie)決的問題(ti)，做出了重大貢(gong)獻，世界各(ge)國特(te)别是發(fa)達國家(jia)對此都(dou)十(shi)分重(zhong)視，紛紛建立了(le)自己的同步輻射實(shi)驗中心。

    同(tong)步輻射 是(shi)速度(du)接近光速(su)（v≈c）的帶(dai)電粒(li)子在磁場(chang)中沿(yan)弧(hu)形軌道(dao)運動時放(fang)出的電磁輻射(she)，由于(yu)它(ta)最(zui)初是在同(tong)步加速(su)器上觀察到的(de)，便又被(bei)稱爲(wei)“同步(bu)輻射”或“同步加(jia)速器(qi)輻射”。長期以來，同步輻(fu)射是不(bu)受高能物理學(xue)家歡(huan)迎的(de)東西(xi)，因爲它消耗了(le)加速器的(de)能量(liang)，阻礙粒(li)子能量的提(ti)高。但(dan)是，人(ren)們很(hen)快便了解(jie)到同(tong)步輻射是(shi)具(ju)有從遠紅 外(wai)到x光(guang)範(fan)圍内的(de)連續光(guang)譜(pu)、高強度、高(gao)度準直、高(gao)度極(ji)化、特性可(ke)精确控制(zhi)等優(you)異性(xing)能(neng)的脈沖(chong)光源，可(ke)以用以(yi)開展其它光源(yuan)無法實現的許多前(qian)沿科學技(ji)術研究。于(yu)是在幾乎所有(you)的高(gao)能電(dian)子(zi)加(jia)速器(qi)上，都(dou)建造(zao)了“寄生(sheng)運(yun)行(hang)”的同步(bu)輻射光束(shu)線及(ji)各種應(ying)用同步(bu)光的(de)實驗裝置(zhi)。至今(jin)，同步輻射裝(zhuang)置的建造及(ji)在其上的研究(jiu)、應用，經(jing)曆了三(san)代的(de)發展。

    同步(bu)輻射的特(te)點：

    ①光譜連續且範圍(wei)寬，由于同(tong)步輻(fu)射是(shi)非束縛态電子的(de)輻射，所以它的(de)光(guang)譜是連續的，從遠紅(hong)外、可(ke)見光、紫外(wai)直到硬x射線（104～10-1埃(ai))。②輻射強度(du)高，在(zai)真空紫外(wai)和x射(she)線波段，能提供(gong)比常規 x射(she)線管強度高103～106倍(bei)的光(guang)源，相當(dang)于幾平(ping)方毫(hao)米面(mian)積上(shang)有100千(qian)瓦的能流。③高度(du)偏振，同步(bu)輻射在(zai)電(dian)子軌(gui)道平面内是完(wan)全偏(pian)振的(de)光，偏(pian)振度(du)達 100%；在軌道(dao)平面(mian)上下是橢(tuo)圓偏(pian)振(zhen)；在全部輻射中，水平偏(pian)振占(zhan)75%。④具有脈沖(chong)時間結構，同步(bu)輻射是一種(zhong)脈(mo)沖光，脈沖(chong)寬度(du)爲0.1～1納秒，脈(mo)沖間(jian)隔爲微秒量級(ji)（單束(shu)團工作）或(huo)幾納秒到幾百(bai)納秒(miao)範(fan)圍内可(ke)調（多束團工作）。⑤高度準直，能量大于10億電子伏(fu)的電子儲存環(huan)的輻射(she)光錐張(zhang)角小(xiao)于(yu)1毫(hao)弧度(du),接近平(ping)行光束(shu)，小于普通激光(guang)束的發射角(jiao)。⑥潔(jie)淨的(de)高真(zhen)空環境,由于同步輻(fu)射是(shi)在超高真(zhen)空(儲存環(huan)中的(de)真空度爲10-7～10-9帕)或(huo)高真(zhen)空(kong)（10-4～10-6帕(pa)）的條(tiao)件下産(chan)生的，不存在普通(tong)光源(yuan)中的電極濺射(she)等幹擾，是(shi)非常(chang)潔淨(jing)的光源。⑦波(bo)譜可準确計算(suan)，其強(qiang)度、角(jiao)分布(bu)和能(neng)量分布都(dou)可以精(jing)确(que)計算(suan)。

    同步輻射(she) 在基(ji)礎科(ke)學(xue)、應用科(ke)學和(he)工藝學等領域已(yi)得到廣(guang)泛應用：①近代生(sheng)物學(xue)，例如(ru)測定(ding)蛋白質(zhi)的結構和蛋(dan)白質的分(fen)子結(jie)構(gou),通過x射(she)線小角散射可(ke)研究蛋白質生(sheng)理活動(dong)過程和(he)神經(jing)作用過程(cheng)等的動态(tai)變化(hua)，通過x射線熒光(guang)分析可測(ce)定生(sheng)物樣品中原子(zi)的種(zhong)類和含量(liang)，靈敏度(du)可達10-9克(ke)/克。②固體(ti)物理學(xue),可用于(yu)研(yan)究固(gu)體的(de)電子狀态(tai)、固體的(de)結構、激(ji)發(fa)态壽命及晶(jing)體的生(sheng)長(zhang)和(he)固(gu)體的損(sun)壞等動(dong)态過(guo)程(cheng)。③表面物(wu)理學和(he)表面化學，可用于(yu)研究(jiu)固體的(de)表(biao)面(mian)性(xing)質，如半導體和(he)金屬表(biao)面的光特性；物質的氧(yang)化(hua)、催(cui)化、腐蝕等(deng)過程的表(biao)面(mian)電子結構和(he)變化(hua)。④結構化學(xue)，可用于測(ce)定(ding)原子的(de)配位(wei)結構(gou)、大分(fen)子之(zhi)間的化(hua)學(xue)鍵參數等(deng)，如對催化(hua)劑(ji)、金屬酶的結(jie)構測定。⑤醫學，可用于腫瘤(liu)的診斷和治療，如測(ce)定血液内一些元素(su)的含(han)量、血管造影、診(zhen)斷人體内各種(zhong)腫瘤和(he)進行微(wei)型手術(shu)以(yi)除去(qu)人體(ti)特(te)殊部位的一些異(yi)常分(fen)子等(deng)。⑥光刻技術(shu)，由于衍射(she)效(xiao)應，普遍采用的紫(zi)外線光(guang)刻(ke)的最小線寬(kuan)約2微米(mi)，而同步(bu)輻(fu)射光(guang)近似平行光束,用于(yu)光刻(ke)時其線寬可降至20埃(ai)，使分辨率(lü)提高(gao)幾個數量級；這(zhe)對計(ji)算機、自動(dong)控制(zhi)和(he)光通信(xin)技術等(deng)意(yi)義重(zhong)大。