众所周知，光线是否充足对照片质量有着决定性的影响，在室外比在暗室更容易拍出漂亮的照片。但是，光的亮度对于科学实验也是非常重要的。
同步辐射是当今世界上最亮的光，其光通量和亮度远远优于传统光源。
正因如此，过去科学家因为实验光源亮度不足而无法探测到的结构，现在可以通过同步辐射清晰地分析出来，而过去用传统x光机需要几个月才能完成的实验，现在只需要几分钟就可以获得漂亮的实验数据。
简而言之，同步辐射是在固定轨道上运行的高速电子被磁场偏转时辐射出的电磁波。与其他光源相比，偏转磁铁产生的同步辐射具有更宽的能谱范围，并具有高亮度、高稳定性、高准直性、光束截面积小、波长连续、时间脉冲和偏振选择性等特点。通过电磁学的理论计算可以预测辐射强度和功率，大大提高了实验效率和精度。
同步加速器光源(简称同步光源)是指为科学实验产生同步辐射而建造的设施。一般来说，同步加速器光源会使用两台同步加速器来产生高质量的同步辐射。第一台加速器将电子加速到接近光速，称为“增能环”。具有特定能量的电子被送入第二台加速器后，不会再被加速，而只是维持电子的能量，相当于“储存”了这些电子，积累了足够的电流，然后用产生的光做实验，所以被称为“储存环”。
在这个过程中，电子束每运行一周都会在偏转磁铁的切线方向或插入式磁铁的下游发出同步辐射，而储存环内的超高真空环境使带电粒子束不易被其他分子散射，并有精确的反馈系统，因此光源稳定，实验条件容易控制，可以聚焦在非常小的实验样品上，从而成为科学研究的工具。
在现代21世纪，同步光源的重要性毋庸置疑。但一开始并不被科学家看好，甚至被排斥。
国家同步辐射研究中心。图//WIKIPEDIA
从附属品到建置专用设施
从20世纪50年代至今，同步光源的作用经历了几代不同的演变。
第一代同步加速器光源与高能物理研究的同步加速器是共用的，但两者的研究要求是不同的，甚至是相反的。
产生同步辐射的过程会损失能量，但在高能物理的研究中，我们不希望粒子碰撞前不必要的能量损失，否则会改变电子束的轨道和功率，所以当时的科学家其实是很讨厌同步辐射的，同步辐射是“绰绰有余”的。
然而，在随后的十几年里，一些科学家逐渐发现，在高能物理实验中没有用到的电磁波，其实也可以作为有价值的光源，应用于光学与探测、生物医学、材料科学、地球科学、环境科学等基础和应用研究中。从而改变同步辐射在高能物理实验下“寄生”的命运。
20世纪70年代，科学家们逐渐意识到同步辐射的优越性，开始想发展特殊的光源设施，以获得更亮、更聚焦的光束，于是发达国家开始建造专门用于产生同步辐射的第二代同步加速器。
第二代同步辐射光源将激励环和储存环分开，光质量更好，使得同步辐射的应用更加广泛和多样化。随着带电粒子的速度接近光速，辐射变得更加集中，发出的电磁波覆盖了整个电磁波谱，从红外光、可见光、紫外光、低能软X射线到高能硬X射线、伽马射线。
20世纪80年代后，科学家开始意识到储存环的长直段更重要。插入式磁铁
从00年到1010年的半个世纪里，全世界有70多个用于实验的同步加速器光源装置，其中第三代加速器从1990年开始陆续建成。各国同步光源设施的建设能力和研究成果也成为国家高技术研发的重要指标之一。d实力。
到2015年，同步加速器光源的发展将达到物理极限，进入第四阶段，成为多匝磁栅2的同步加速器，可以将电子束的束流发散度降低百倍，直至达到衍射的物理极限。
光束发散度降低百倍，意味着光斑更加集中，亮度可以提高百倍，所以我们从事的是纳米级光斑的研究。同时，光的准直性和相干性大大提高，可以开发许多新的科学实验技术。
00-1010插入式磁铁使电子偏转一次到多次，降低束流发散度，产生更强更亮的束流。得益于同步加速器光源的快速发展，研究人员得以拓展许多新的研究领域，包括材料、生物、医学、物理、化学、化工、地质、考古、环保、能源、电子、微机械、纳米元器件等前沿基础和应用科学研究。所取得的成果为人类的科技创新和生活便利带来了诸多贡献。
随着越来越多的科学家利用同步辐射获得诺贝尔奖这一科学界的最高荣誉，有人称之为现代的“科学神灯”，是20世纪以来科学研究最重要的光源之一。
由注入器产生的高速电子通过传输线进入存储器。
存环，电子在环中经过偏转磁铁或插件磁铁而产生光，藉光束线导引到实验站，科学家便可使用这束光进行各类实验。图／国辐中心提供
- 注射器（包括电子枪、直线加速器与增能环）
电子束由电子枪产生后，经过直线加速器加速至能量为 1 亿 5 千万电子伏特，电子束进入周长为 496.8 公尺的增能环后，继续增加能量至 30 亿电子伏特，速度非常接近光速（0.999999986 倍）。
- 储存环
电子束从注射器经由传输线进入二十四边形设计、周长为 518.4 公尺的储存环后，环内一系列磁铁导引电子束偏转并维持在轨道上，如此一来，电子束便能于每一圈的运行中，在偏转磁铁切线方向或插件磁铁下游产生光束。由于电子会因产生光而损失能量，因此环内装置超导高频共振腔系统，用来补充电子的能量。
- 光束线
光束线是同步加速器与实验站之间的一座桥梁。理论上，在每一处电子偏转处或插件磁铁的直线下游，都可以打开一个窗口，利用光束线将同步辐射引导出来，进入实验站。
- 实验站
科学家依据实验需求设计各种仪器，使用同步辐射进行各类科学研究。
——本文摘自《追光之旅：你所不知道的同步辐射》，2021 年 8 月，天下文化。
- 台湾杰出女科学家系列专访，持续更新中！
内容来源网络，如有侵权，联系删除，本文地址：https://www.230890.com/zhan/188348.html