同步輻射光源

同步加速器光源是一種電磁輻射 (EM) 源，通常由存儲環產生，用于科學和技術目的。 首先在同步加速器中觀察到，同步加速器光現在由存儲環和其他專門的粒子加速器產生，通常是加速電子。 一旦產生高能電子束，它就會被引導到輔助組件中，例如存儲環和自由電子激光器中的彎曲磁鐵和插入裝置（波蕩器或擺動器）。 這些提供了將高能電子轉換為光子所需的垂直于光束的強磁場。

同步加速器光的主要應用是凝聚態物理、材料科學、生物學和醫學。 大部分使用同步加速器光的實驗涉及從電子結構的亞納米級到醫學成像中重要的微米和毫米級探測物質結構。 實際工業應用的一個例子是通過 LIGA 工藝制造微結構。

用于比較不同同步輻射源的主要品質因數被稱為亮度、亮度和光譜亮度，后一個術語被同步輻射命名法工作組推薦為最佳選擇。 無論選擇什么名稱，該術語都是對給定六維相空間每單位帶寬 (BW) 中光子總通量的度量。

尤其是在人工生產的情況下，同步輻射以其以下特點而著稱：

• 亮度高，比傳統 X 射線管產生的 X 射線高出許多數量級：第 3 代光源的亮度通常大于 1018 光子·s?1·mm?2·mrad?2/0.1% BW，其中0.1%BW表示以頻率w為中心的帶寬10?3w。
• 高水平偏振（線性、橢圓或圓形）
• 高準直度，即光束發散角小
• 發射率低，即光源截面與發射立體角的乘積小
• 通過單色化（亞電子伏到兆電子伏范圍）在能量/波長方面具有廣泛的可調諧性
• 脈沖光發射（脈沖持續時間等于或低于一納秒，即十億分之一秒）。

同步加速器輻射可能會在加速器中發生，這可能是一種滋擾，在粒子物理環境中導致不希望的能量損失，或者作為許多實驗室應用的故意產生的輻射源。 電子在幾個階段被加速到高速，以獲得通常在千兆電子伏特范圍內的最終能量。 強磁場迫使電子在封閉路徑中行進。 這類似于無線電天線，但不同之處在于，由于多普勒效應，相對論速度會以因子 γ {\displaystyle \gamma } 改變觀察到的頻率。 相對論洛倫茲收縮使頻率增加另一個因子 γ {\displaystyle \gamma } ，從而使將電子加速到 X 射線范圍的諧振腔的千兆赫頻率倍增。 相對論的另一個顯著影響是輻射方向圖從非相對論理論預期的各向同性偶極子方向圖扭曲為極前指向的輻射錐。 這使得同步輻射源成為已知最明亮的 X 射線源。 當在軌道平面上觀察時，平面加速幾何結構使輻射線偏振，而當與該平面成小角度觀察時，輻射呈圓偏振。