原子分子光谱第六次.ppt

费米梦想的加速器*诺贝尔物理奖获得者费米曾在1954年提出环绕地球建一台加速器的设想，称为费米的梦。其能量可达数千TeV。如何建造更高能量的加速器，是摆在科学家和工程技术人员面前的重要课题。同步辐射光源装置*同步辐射光源的原理图直线加速器储存环光束线实验站*合肥中国科技大学电子同步辐射加速器的总体布局图速调管走廊200MeV电子直线加速器核物理实验大厅束流输运线800MeV电子储存环一台同步辐射装置是一个非常复杂的高科技综合工程，造价十分昂贵。它的主体是一台同步加速器，在加速器的储存环中安排若干插入件，并在储存环上安装若干条光束线，在每条光束线的末端建立若干实验站。1.储存环*储存环示意图插入件：产生各类不同特征的同步辐射同步加速腔：加速电子，并补充同步辐射损失的能量真空室：减少因残留气体碰撞而损失光束线能量四极磁铁：以透镜机制聚焦光束线弯转磁铁：使束流轨道转弯，产生同步辐射插入件：*波荡器实现能量不高，但是亮度很高的光子束。波荡器与扭摆器不同的地方，在于磁场弱周期长度短而数目多。电子在波荡器中运动的轨道也是近似于正弦曲线，但是振幅很小，如微微波荡，所以得名波荡器。由于波荡器的磁场不大，所以它产生的特征能量不高，但是它的周期多，而且从不同周期上产生的光部分相干地叠加在一起，结果使得同步光的亮度成百上千倍的增加。b.波荡器(undulator)01由一组N极和S极周期相间的磁铁构成，安装在直线段真空盒的上下方,电子在扭摆器的磁场里作近似正弦曲线的扭摆运动。扭摆器的作用是在储存环的局部区域增大磁场，在局部形成小的电子轨道曲率半径，使得电子在作扭摆运动时发出的同步辐射有较大的特征能量，从而达到增加高能量光子数目的目的。对一个储存环来说，当电子能量确定时，它产生的同步辐射的特征能量也就完全确定，有什么办法使得在已有的同步辐射光源上进一步提高辐射光的能量呢?前苏联科学家金斯保发明一种插入元件来实现这个目的。a.扭摆器(Wiggler)023.实验站2.光束线*光束线是把在储存环内作加速运动的高能电子所产生的同步辐射光输送到实验站的装置，并根据不同的实验对光的波长的不同要求，把同步辐射光单色化并使之聚焦。总的来说，光束线的功能是把同步辐射光准直、聚焦、单色化。在每条光束线上可建若干个实验站。不同的实验站作不同类型的科学研究，如材料、生命科学、医学等研究。不同的研究对象，对辐射光的波长、亮度、时间分辨等有不同的要求。在中国科技大学同步辐射实验室中现有光束线5条，已有实验站5个，在建和将建实验站9个。对于波长较长的软X射线与真空紫外光，可采用衍射光栅作单色仪。衍射光栅全反射镜光源四缝准直样品出口缝反射镜前置聚焦镜后置聚焦镜进入缝典型的光束线安排衍射光栅*软X射线显微术光化学时间分辨光谱光电子能谱光刻扩展X光吸收精细结构光声光热辐射标准与计量红外与远红外同步辐射实验站分布示意图同步辐射装置的发展已经历了三代：*第一代同步辐射光源的加速器是因高能物理实验的需要而制造的，同步辐射光源则是一个副产品。我国北京的同步辐射装置是正负电子对撞机的一部分，属第一代。目前世界上在使用的约17台。第三代是同步辐射光源的亮度更高、性能更好的光源。从1994年至今世界上已建成多台，它们分布在美、法、意、日、韩及台湾的新竹。我国上海正在计划建造的上海同步辐射装置，在性能上将比目前的第三代装置还要优越一些。第二代是专用型同步辐射光源，1991年在中国科技大学建成的合肥同步辐射光源、日本的光子工厂等就属于第二代光源。目前世界上运行的第二代同步辐射光源有23台之多。同步辐射特性*一台同步辐射装置，在储存环中运行的电子的能量和轨道的弯转半径将决定这台同步加速器所辐射的光谱形状。光子能量范围从几个电子伏特到几十MeV，相应的波长从几微米到几百皮米(10-12米)，即从远红外到硬X射线。1.辐射光的波长覆盖面大且连续可调光子能量(eV)2.有强的辐射功率*同步辐射光是沿电子运动轨道的切线方向在一个很小的角度范围内发射出来的，在与轨道平面的垂直方向上所张的角度很小，因此有很好的准直性。3.有好的准直性e大功率的X光管的最大输出功率约10瓦同步辐射的功率可达几万瓦在加速器储存环中电子以束团形式运动。电子束团密度决定了光脉冲的宽度。环形加速器的周长则决定了脉冲的周期，对于1个周长为L的加速器，由于能量为GeV量级，电子的速度已十分接近光速(V=0)，所以脉冲周期为T=L/c。

如果电子束团长度为S，则脉冲的持续时间，即脉冲宽度为

t=S/c。4.