同步辐射光源的原理、构造和特征

1 同步辐射光源的原理和发展历史 同步辐射是电子在作高速曲线运动时沿轨道切线方向产生的电磁波，因是在电子同步加速器上首次观察到，人们称这种由接近光速的带电粒子在磁场中运动时产生的电磁辐射为同步辐射，由于电子在图形轨道上运行时能量损失，故发出能量是连续分布的同步辐射光。关于由带电粒子在圆周运动时发出同步辐射的理论考虑可追溯到 1889 年 Lienard 的工作，进一步的理论工作由 Schott， Jassinsky， Kerst 及 Ivanenko， Arzimovitch 和 Pomeranchuk 等直至 1946 年才完成，Blewett的研究工作首次涉及同步辐射对电子加速器操作的影响，并观察到辐射对电子轨道的影响，Lee 和 Blewett 较详细地给出了发展史的评论。 至今，同步辐射光源的建造经历了三代，并向第四代发展。 （1）第一代同步辐射光源是在为高能物理研究建造与电子加速器和储存环上的副产品。 （2）第二代同步辐射光源是专门为同步辐射的应用而设计建造的，美国的 Brokhaven 国家实验室（BNL）两位加速器物理学家Chasman 和 Green[1]把加速器上使电子弯转、散热等作用的磁铁按特殊的序列组装成 Chasman2Green 阵列(Lattice)，这种阵列在电子储存环中采用标志着第二代同步辐射的建造成功。 （3）第三代同步辐射光源的特征是大量使用插入件（Inserction Devices），即扭摆磁体（Wiggler）和波荡磁体（Undulator）而设计的低发散度的电子储存环。 表 1 为三代同步辐射光源的重要参数比较，其中表征性能的指标是同步辐射亮度，发散度以及相干性。 表 1 三代同步辐射光源主要性能指标的比较 Tab.1 Comparison of main properties of the three generation synchrotron radiation sources 目前，世界上已使用的第一代光源 19 台，第二代 24 台，第三代 11 台。正在建设或设计中的第三代 14 台，遍及美、英、欧、德、俄、日、中、印度、韩、瑞典、西班牙和巴西等国家。大概可分为三类： 第一类，是建立以 VUV（真空紫外）为主的光源 ，借助储存环直线部分的扭摆磁体把光谱扩展到硬 X 射线范围，台湾新竹 SRRC 和合肥 NSRC 光源属此类。 第二类，是利用同步电子加速器能在高能和中能两种能模式下操作，可在同一台电子同步加速器（增强器）下，建立 VUV 和 X 射线两个电子储存环，位于美国长岛 Brookhav en 国家实验室（BNL）的国家同步辐光源（NSLS）属于此类。 第三类，是建立以 X 射线环为主...