同步輻射的原理及特點

時間 2021-09-11 22:27:00

1樓:咖哩軒軒

自由電子在作加速度運動時, 將產生電磁輻射

- 電子的速率發生變化: 在前向產生軔致輻射(bremssthahlung)

- 電子的方向發生變化: 在切線方向產生同步輻射(synchrotron radiation )

同步輻射裝置的基本構造:

電子槍(electron gun)

電子槍是產生被加速電子的電子源,主要由陰極、柵極和陽極組成。陰極的作用是發射電子,加熱陰極到一定溫度時,電子獲得足夠大的動能克服逸出能從陰極表面釋放;陰極和陽極之間的高電位差將電子從陰極表面拉出來,並加速到合適的初速度注入到加速管中。

電子直線加速器(linear accelerator(linac)

電子直線加速器主要由電子槍、加速管、微波功率系統、真空系統等組成。電子在加速管中被微波電場加速,獲得能量。真空系統保證了加速管處於高真空狀態,使電子在其中作加速運動不致丟失。

離開直線加速器的電子速度已接近光速。

儲存環 (storage ring)

電子儲存環是儲存高速執行的電子束流的裝置,主要由磁鐵系統、高頻系統和真空系統等組成。磁鐵系統用來彎轉和約束電子束,使電子束走環行的閉合軌道;高頻系統提供加速電場,電子在加速電場中獲得能量。電子束在儲存環中作迴旋運動的同時沿切線方向發出同步輻射。

光束線 (beamline)

光束線將同步光從磁鐵引匯出來,憑藉內部精密的光學元件將同步光聚焦並選取合適波段的同步輻射送入實驗站。

實驗站 (experimental station)

科研人員在實驗站通過測量同步輻射經過物體反射、衍射、散射及透射後的光強或是探測物體被光子激發出的電子、離子等,來研究物體的結構效能,探索微觀世界的奧祕。

二.同步輻射的特點

(1)高強度,更確切講是高亮度,同步輻射x射線亮度比60 kw旋轉陽極x射線源所發出的特徵輻射的亮度分別高出3~6個量級。描述高亮度的另一參量是光子通量,即光子/s•mm。•mrad。

•10一bw。前面提到,第二代同步輻射光源的光通量達1o ~1o ,第三代光源達1o"~ 1o幻,到了***,光子能量可》10船,已大大超過高功率的鐳射器。從這個意義上講,一臺同步輻射光源相當於無數臺鐳射器。

(2)寬而連續分佈的譜範圍。圖3給出日本光子工廠(pf)同步輻射光源的光譜分佈圖。可見其波譜的分佈跨越了從紅外一可見光一紫外一軟x射線一硬x射線整個範圍。

wiggler和undulator的作用也顯然可見。試驗所用的波長能方便地使用光柵單色或晶單色器從連續譜中選出。譜分佈的一個重要特點是臨界波長 。

(又稱特徵波長),所{ 特徵波長是指這個波長具有表徵同步輻射譜的特徵,即大於 和小於 。的光子總輻射能量相等,0.2~1o 。佔總輻射功率的95 左右,故選0.2~1o為同步輻射裝置的可用波長是有充分理由的。

(3)高度偏振。同步輻射在運動電子方向的瞬時軌道平面內電場向量具有100 偏振,遍及所有角度和波長積分約75 偏振,在中平面以外呈橢圓偏振。圖4概括了不同波長的單個電子的平行偏振分量、垂直偏振分量強度與發射角的關係,由圖4可知,當 ≈ 時,即曲線1,張角近似為r~ ;在較短波時,張角變得較小;較長時,張角變得大得多,當 一100 。

時,張角達4r~ 。

(4)脈衝時間結構由儲存環的機構引起,即由輻射阻尼現象引起,當電子從增強器注入儲存環,且步輻射光源的短暫效能有關,如儲存環中電子流的變化和軌道漂移明顯影響入射線的強度。所謂儲存環的工作壽命是指當已注入的電子流達最大設計之後,能在儲存環中迴圈運動中電子流損失至允許值的時間。

2樓:

同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在磁場中沿弧形軌道運動時放出的電磁輻射

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