同步輻射裝置及其應用第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是同步輻射第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是同步輻射微波:用來觀察飛機、航母和颶風紅外線:用于夜視系統(tǒng)和飛彈追蹤熱源可見光紫外線:觀察氣體分子及凝聚態(tài)物理電子結構X光是研究晶體結構極佳的工具波長最短的伽瑪射線:核物理研究同步輻射:覆蓋了紅外、可見、紫外和X光波段廣義的說，所有的電磁波都可以叫做光.同步輻射又可以稱為同步光.第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射的原理實驗物理和電動力學的基本結論:

自由電子在作加速度運動時,將產(chǎn)生電磁輻射

-電子的速率發(fā)生變化:在前向產(chǎn)生軔致輻射

(bremssthahlung)-電子的方向發(fā)生變化:在切線方向產(chǎn)生同步輻射

(synchrotronradiation)第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射的特點同步輻射是”超級顯微鏡”第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射的特點高亮度：同步輻射的亮度比最強的X光管特征線亮度強萬倍以上。用X光機拍攝一幅晶體缺陷照片，通常需要7-15天的感光時間，而利用同步輻射光源只需要幾秒。寬波譜：覆蓋了紅外、可見、紫外和X光波段,是目前唯一能覆蓋這樣寬的頻譜范圍又能得到高亮度的光源。利用單色器可以隨意選擇所需要的波長,進行單色光的實驗。高準直：同步輻射的發(fā)射度極小,準直性可以與激光相媲美。脈沖性：電子在環(huán)行軌道中的分布不是連續(xù)的，是一團一團的電子束作回旋運動，也即，同步輻射是脈沖光源，脈沖的寬度為100皮秒量級，脈沖間隔為微秒或亞微米量級。同步輻射具有時間結構。偏振性：同步輻射具有線偏振和圓偏振性，可用來研究樣品中特定參數(shù)的取向問題。第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射裝置的基本構造合肥同步輻射裝置：800MeV第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射裝置的基本構造電子槍–電子的源泉直線加速器–預加速增強器--加速到滿能量儲存環(huán)光束線實驗站美國APS7GeV第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月組成同步輻射裝置的設備第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月加速器一、幾種低能加速器為了避免不斷增加速器的長度，1930年勞倫斯提出建造回旋加速器的建議。

中國科技大學的電子同步加速器：

電子經(jīng)直線加速器后達到的最終能量是200MeV；直線加速器的長度為35米；為了防護加速電子的電磁輻射，直線加速器建在坑道中；采用的加速設備是是微波功率源。北京高能物理研究所的直線加速器：

電子能量提高到1.1GeV；直線加速器長度為204米。

電子能量提高到50GeV的加速器；直線加速器長度達3公里多。美國斯坦福大學直線加速器：第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月加速器二、同步加速器1.同步加速器必須具有的功能

使帶電粒子作回旋運動

使粒子束在回旋過程中聚焦

使帶電粒子在回旋過程中加速同步加速器：從直線加速器出來的帶電粒子圍繞著一個固定的圓形軌道作回旋運動，并在回旋中加速，直至達到預期的能量。具備功能第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月加速器二、同步加速器同步加速器示意圖插入裝置：產(chǎn)生各類不同特征的同步輻射彎轉(zhuǎn)磁鐵：使光束線彎轉(zhuǎn)，產(chǎn)生同步輻射同步加速腔：加速電子，并補充同步輻射損失的能量真空槽：保持10-10托以下的氣壓，減少因殘留氣體碰撞而損失光束線能量四極磁鐵：以透鏡機制聚焦光束線第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射的發(fā)展第一代同步輻射光源.

在核物理/粒子物理研究的空擋，利用同步加速器所發(fā)射的同步光進行科學研究,稱為寄生方式。北京高能所同步輻射裝置(BSRF)。第二代同步輻射光源.

第一代同步輻射光源已不能滿足研究需求，建立了用專門的裝置產(chǎn)生同步光,例如合肥同步輻射裝置。第三代同步輻射光源.

科學家發(fā)現(xiàn)在儲存環(huán)中加入插入件可以使同步輻射的亮度再提高千倍以上，得到的同步輻射主要來自插入件。臺灣新竹建有一臺第三代同步輻射光源(SSRL)。高亮度,高時間分辨力和空間分辨力.第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射裝置日本Spring–8:第三代法國ESRF:第三代美國NSLS:第二代合肥NSLS:第二代第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射實驗站第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射應用同步輻射與物質(zhì)的相互作用：吸收，散射，二次粒子發(fā)射空間分辨實驗-X光顯微術：

物質(zhì)的形態(tài)研究，結構研究，成分研究時間分辨實驗：分子間的振動，有序-無序的轉(zhuǎn)變，酶作用，蛋白-蛋白相互作用，質(zhì)子/電子遷移效應在應用領域的研究：石油，塑料，金屬，建筑，微電子，化妝品，制藥，食品等第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月BSRF現(xiàn)擁有12個實驗站，可提供X射線形貌術、X射線成像、X射線衍射、X射線小角散射和漫散射、生物大分子結構、X射線熒光分析、X射線吸收精細結構、光電子能譜、圓二色譜、軟X射線刻度和計量、中能X射線光學、高壓項結構研究、LIGA和X射線光刻等實驗技術，可以為凝聚態(tài)物理、高壓物理、化學化工、材料科學、生命科學、地球科學、環(huán)境科學、微電子、微機械加工、計量學、光學及探測技術等廣泛學科的基礎研究和應用基礎研究提供強有力的實驗研究手段。截至2003年末，BSRF已接待了國家重大攻關項目，中科院及其他部委研究所和高校的重大研究項目、國家自然科學基金項目及知識創(chuàng)新工程項目等200多個用戶單位的800多個研究課題。同步輻射可以開展的工作第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月同步輻射裝置是一個服務于多個學科的實驗技術平臺，是科技前沿研究不可或缺的先進手段。

(基礎研究、應用研究、技術開發(fā)）同步輻射是一個用戶裝置同步輻射裝置是一個特殊模式的大科學設施，不斷在發(fā)展。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月研究領域同步輻射物理學材料科學化學化工地礦考古農(nóng)業(yè)國防工業(yè)生命科學環(huán)境科學第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月SARS病毒主蛋白酶（SARS-CoVMpro）晶體結構SARS-CoVMpro與抑制劑復合物抑制劑電子密度抑制劑在酶表面的結合情況第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月LHC-II是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復合物，這種復雜的分子體系鑲嵌在生物膜中，具有很強的疏水性，難以分離和結晶。對其晶體結構的測定是國際公認的高難課題，也是一個國家結構生物學研究水平的重要標志。03年利用北京同步輻射實驗室生物大分子晶體學線站獲得了該晶體的高分辨率衍射數(shù)據(jù)，最終獲