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同步辐射的应用 电子信息工程1003班 3100103330 孙世春 摘要：本文介绍了同步辐射的相关应用，并具体展开介绍了几种方法的应用。 关键字：同步辐射应用，SAXS，EXAFS Applications of Synchrotron Radiation Abstract The overview of applications of synchrotron radiation has been prensented.Several methods have been discussed in detail. Keyword applications of Synchrotron Radiation , SAXS ,EXAFS 1.介绍 同步辐射是圆周运动和蛇行运动时高速电子发射的亮的电磁波,分别有连续和准单色的光谱。真空紫外、软X 射线、硬X 射线和红外线波段是优秀的光,被应用在基础科学、工程学、生物学、医学和环境科学。 同步辐射因产生它的同步加速器而得名。来自加速器弯转磁铁的同步辐射是连续波长的强光,可以从中获取所需的波长，即具有宽阔的频谱分布，而且还有理想的偏振特性、光源亮度极高、发散角小和相干性好等特性。 当被研究样品受到同步辐射照射时,一部分光被试样吸收,另一部分穿过试样成为透射光,此外,光和物质相互作用将发生多种次级过程,如非弹性散射、光电子发射、荧光辐射、反射光子、次级离子或中性原子、布喇格衍射和劳厄衍射等,如图1 所示 图1 　同步辐射与物质相互作用及其次级过程示意图[1] 通过对吸收、透射和次级过程的检测,可以得到物质结构的多种信息包括化学性质、空间结构、电子结构、表面状况、光学和磁学性质等. 通常使用的实验方法可归属于三大类: X 射线衍射和散射、光谱学与光谱化学分析、X 射线成像术。 2. X 射线衍射和散射 主要应用有：（1）极端条件下的X 射线衍射,用于研究高压、高温或低温下物质的相变；（2）X 射线粉末衍射,用于研究无机晶体的精密电子分布,物质的结构与相变；（3）X 射线表面衍射,用于研究表面与界面的原子结构,表面相变与催化反应; （4）X 射线衍射驻波法,用于研究表面或界面的几何结构; （5）小角度散射,用于研究蛋白质和生物聚合物的形貌,肌肉纤维动力学性质; （6）中角度散射,用于研究非晶态、液体和熔融态物质的局域原子结构; （7）X 射线磁散射,用于研究磁结构,物体及其表面的磁学性质;（8） 剩余应力分析,用于研究物体三维应变图; （9）核共振散射,用于研究时间域穆斯堡尔光谱学;核非弹性散射,用于研究电子跃迁引起的核激发; （10）X 射线单晶衍射,用于研究大分子结晶学:如蛋白质的原子结构与功能;生物反应的时间相关性机理; （11）X 射线非弹性散射,用于研究声子激发、电子激发和基态的电子相关性;（12） 康普顿散射、康普顿磁散射,用于研究材料中电子动量分布,铁磁物质电子磁性. 2.1 XRD应用--电力变压器用绝缘纸热老化分析 油纸绝缘是大型电力变压器内绝缘的主要组成形式，在温度、电场、氧气、水分等复杂环境的长期作用下逐渐老化，绝缘性能下降，绝缘寿命缩短，引发绝缘事故的可能性增加， 降低电网安全运行可靠性。 构成绝缘纸纤维素的聚态结构即超分子结构，是纤维素整体的内部结构，由纤维素大分子链排列堆砌而成。纤维素的聚态结构包括：长分子链的堆砌和排列、晶态结构、非晶态结构以及取向结构等。X 射线衍射可测量结晶性聚合物的晶体结构等聚态结构。 X 光入射结晶材料内部时， 某些入射角材料的相邻散射波彼此相位相同， 且光程差为波长的整数倍，产生建设性干涉。满足此条件的衍射称为布拉格衍射定律。 图2 90℃下不同老化程度绝缘纸的XRD图[2] 由图2知，纤维素002 晶面衍射峰的大小在26.52°~26.80°之间，根据布拉格公式即可计算出对应衍射角的晶面间距=(3.859 7~3.899 7)×10-10 m，与天然纤维素002 衍射峰晶面间距=(3.890 0±0.02)×10-10 m 十分吻合。由此可见，绝缘纸纤维素在老化过程中的晶体类型并没有发生变化。 2.2 SAXS的应用--研究纳米铁材料在生物介质中的粒度分布 纳米材料因其独特的物理化学性质，广泛应用于电、磁、光学、环境保护和生物医学等领域，纳米材料对人体的健康效应影响也逐渐得到人们的重视。 测量基于颗粒的行为与粒度间的关系，所得结果往往为基于相应原理的等效粒径，基于同步辐射的SAXS(SR-SAXS)，是利用同步辐射X 射线穿过样品体系，在光束入射方向的0o~5o内发生的相干散射现象，物质内部的1 至数百纳米尺度的电子密度起伏，导致这种相干散射的产生。SR-SAXS 可在10 s 内完成单个样品测试，快速准确评价液体介质中纳米颗粒的尺