探索微观世界的眼睛,同步辐射光源如何“发光发亮”

2021-06-28 16:47:41 信息来源:网络
  在国家发改委的支持下,由中国科学院高能物理研究所承担,安装了第一台高能同步辐射光源科研设备,标志着世界上最亮的第四代同步辐射光源正式进入安装阶段。同一天,为这一大光源提供技术研究、开发和测试支持能力的先进光源技术研发和测试平台也同时投入试运行。
  高能同步辐射光源是"十三五"期间重大科技基础设施项目之一。实施"创新带动发展"战略,共同建设怀柔科技城,是中科院和北京的核心设施。该项目于2019年6月29日开工,施工周期为6.5年。高能同步辐射光源一旦建成,将成为我国第一个高能同步辐射光源,成为世界上亮度最高的第四代同步辐射光源之一,为基础科学和工程科学领域的原创和突破性创新研究提供重要的支撑平台。
  同步辐射光源是什么?
  根据电动力学原理,当带电粒子以可变速度运动时,就会发出电磁波辐射。在实际操作中,通过使电子绕磁场移动,使电子在x射线波段沿圆运动轨迹的切线方向发射光子,就可以获得同步辐射光。
  同步辐射光源具有高亮度、宽光谱等优良特性,是应用最广泛的X射线光源。
  世纪40年代和50年代,随着粒子物理学和核物理研究的发展和需要,粒子加速器应运而生。为了"储存"带电粒子以便于实验,科学家们借助磁场使电子束在储存环周围移动。理论物理学家早就预言带电粒子在偏转时会发出电磁辐射,但很久没有被观测到。
  这种辐射是在美国通用电气的同步电子加速器上第一次看到的。因为工程师们怀疑加速器里可能有短路火灾,电子加速器是由一些钢结构组成的,如果里面有短路火灾,光是看不见的,所以工程师们在机器上专门安装了一个观察窗口,安装了观察窗,他们马上就看到光出来了。他们以为线路短路了,却找不到它。后来人们记得,理论物理学家早些时候提到的带电粒子在偏转时可以发射电磁辐射。
  由于这种辐射首先是在同步电子加速器上观察到的,所以称为同步电子加速器的辐射,简称同步加速器辐射。
  在医院体检期间,同一X射线、同步辐射光源和CT发出的X光有什么区别?
  医用CT是一种传统的X射线源,其原理是利用高压加速电子,加速电子轰击金属靶(如Cu、Mo、Cr等)。为了制作X射线,其制备成本较低,在医学成像中也有很好的应用,但也存在一个问题,即以这种方式获得的X射线分散在各个方向,各种实验往往只在一个方向进行。这就产生了这样的问题,即这种X射线是分散在广泛的角度上的,在实验所需的固定方向上,它的亮度是不够的。
  不同于同步辐射光源,它的原理是电子绕圆周运动的切线发射X射线。同步辐射光源的角度范围很小。它的角度有多小?
  传统的实验室使用x射线机发出180度的光,其亮度约为109度,而同步辐射源的发光角仅为几个角秒(1度=3600角秒)。当X射线集中在如此小的角度时,其亮度可提高到1021度。
  我们将在怀柔建造的光源比1021亮,接近1023,所以同步辐射应该特别明亮。第二,它的范围特别宽,从可见光到高能伽马射线,所以它非常宽的波段意味着我们可以选择,因为实验可能需要不同波长的光,你可以随意选择,这给我们的实验带来了很大的方便。中国科学院高能物理研究所副所长、高能同步辐射光源执行副院长董玉辉说。
  电磁辐射按频率或波长分为不同类型,包括:电、无线电波、微波、太赫兹辐射(THz)、红外辐射、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。同步辐射光源是唯一能覆盖从太赫兹到伽马射线的宽光谱范围并能获得高亮度的光源。
  为什么它很容易使用?
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