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同步加速器

加速电子的称为电子同步加速器(Electron Synchrotron),由于在注入能量下,电子已接近光速,所以电子同步加速器的高频加速电压采用固定频率。

一种利用一定的环形轨道上用高频电场加速电子或离子的环形加速器装置。同步加速器中磁场强度随被加速粒子能量的增加而增加,从而保持粒子回旋频率与高频加速电场同步。

同步加速器是根据1944到1945年间Β.И.韦克斯勒和E.M.麦克米伦各自独立发现的粒子自动稳相原理(见同步回旋加速器)发展起来的。1947年美国建成第一台,随后各国陆续建造了能量为几十至几百兆电子伏的电子同步加速器。初期建造的电子同步加速器都属于弱聚焦型。

现代同步加速器都采用强聚焦。1952年强聚焦原理受到重视,从此以后建造的高能(能量高于1GeV)电子同步加速器一般都采用强聚焦原理。

同步辐射装置的储存环和增强器皆采用电子同步辐射加速器原理。

同步加速器中加速电子的电磁辐射在很宽的波段内产生强的连续谱。伊万诺科和波梅兰丘克以及施温格尔发展了这种同步加速器辐射的理论。这种辐射沿电子轨道的切线方向射出,其角发散等于电子剩余能量与它的总能量E之比。例如,在100MeV时,光束的宽度大约是2°。辐射功率与E成正比。当电子能量增加时,最大值向短波方向位移。同步加速辐射是部分偏振的(偏振度接近85%),电矢量位于电子轨道平面内。按相对单位或绝对单位都可计算同步加速器的辐射。

中国的同步辐射加速器有三台,分别位于中国科学院高能物理研究所、中国科学院上海光源以及中国科学技术大学国家同步辐射实验室。其中高能所的为第一代兼第二代光源,中科大的为第二代光源,上海张江的为第三代光源。

中国科学技术大学国家同步辐射实验室坐落在安徽合肥中国科技大学西校园中,这是国家计委批准建设的我国第一个国家级实验室。其主体设备是一台能量为800MeV、平均流强为100~300mA的电子储存环,用一台能量200MeV的电子直线加速器作注入器。来自储存环弯铁和扭摆磁铁的同步辐射特征波长分别为2.4nm和0.5nm。

国家同步辐射实验室一期工程1984年11月20日破土动工,1989年建成出光,1991年12月通过国家验收,总投资8,040万元人民币。1999年国家又投资11,800万元人民币进行国家同步辐射实验室二期工程建设,2004年12月二期工程通过国家验收。

国家同步辐射实验室现建有X射线光刻、红外与远红外、高空间分辨X射线成像、X射线衍射与散射、扩展X光吸收精细结构、燃烧、X射线显微术、原子与分子物理、真空紫外分析、表面物理、软X射线磁性圆二色、光电子能谱、真空紫外光谱、光声与真空紫外圆二色光谱、光谱辐射标准与计量等15条光束线和相应的实验站。

国家同步辐射实验室是向国内外用户开放的国家级共用实验室,现有注册用户150余家。


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