同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)沿切線方向發(fā)出的電磁輻射——也叫同步光,。這種光是1947年在美國通用電器公司的一臺(tái)70Mev的同步加速器中首次觀察到的,，因此被命名為同步輻射，但對同步輻射的研究與認(rèn)識(shí)并非從此開始,，對于這種高速運(yùn)動(dòng)的電子的速度改變時(shí)會(huì)發(fā)出輻射的現(xiàn)象早就被人們所認(rèn)識(shí)并經(jīng)歷了長期的理論研究,，但要從實(shí)驗(yàn)上觀察到這種輻射卻不是一件容易的事,，需要有以近光速運(yùn)動(dòng)的高能量電子,，電子加速器的發(fā)展成為獲得同步輻射的技術(shù)基礎(chǔ)。  同步輻射的電子加速器可使高能電子加速到Mev乃至Gev的能量范圍,，主要有以下幾種類型：

    直線加速器

    加速電子（或其它帶電粒子）到高速度,、高能量的簡單且直接的方法是高壓型加速，增大加速電壓就能使電子加速到很高的速度或能量,，這種加速過程需要在高真空或超高真空條件中進(jìn)行,。對于電子，其帶電量為一個(gè)電子電菏e,，如要將電子加速到幾十Kev的能量就要用幾十KV的電壓,，以此類推，在更高的電壓條件下,，為避免高壓擊穿須采用強(qiáng)烈的電感應(yīng)來加速,，而且必須在合適的相位范圍內(nèi)使相位相同，否則不僅不能加速還會(huì)減速,。這種用高頻高電壓加速的粒子流在時(shí)間上是一段一段的,，脈沖式的,，是很窄的粒子流，成為一個(gè)個(gè)束團(tuán),。為了利用高電壓來加速,，人們把多個(gè)中空的金屬筒有間隙的排列在一條直線上，并將高壓高頻交流電源間隔的耦合到各個(gè)圓筒上,，各個(gè)圓筒之間存在高電壓,，相位輪流相反，電子在圓筒之間被加速,。

   回旋加速器和電子感應(yīng)加速器

   如果要用直線加速器得到很高的電子能量,，整個(gè)加速器要做的很長，很不經(jīng)濟(jì),。到了20世紀(jì)20年代,，回旋加速器（cyclotron）和電子感應(yīng)（betatron）相繼發(fā)明，有了把電子加速到極高能量的可能,?；匦铀倨魇抢酶哳l感應(yīng)電壓給電子加速增能和用磁場使帶電粒子做繞圈運(yùn)動(dòng)這兩種作用建立起來的。電子在圓形環(huán)中運(yùn)動(dòng),，在加速間隙得到加速,，所運(yùn)行的軌道半徑也一步一步增加，以達(dá)到加速增能的目的,。電子感應(yīng)加速器是利用電子繞圈內(nèi)的磁通變化所感應(yīng)出的電場來加速電子,。電子手約束磁場的作用基本以不變的半徑繞圓圈，每繞一圈就加速一回,，由于電子的速度很快,，在不長的時(shí)間內(nèi)繞的圈數(shù)很多，故能夠得到很高的能量,。

   同步加速器

   1945年 McMillan和Veksler發(fā)明了同步加速裝置,。同步加速器由許多C型磁鐵環(huán)狀排列而成，在磁鐵中部安裝了環(huán)型真空盒,，在環(huán)的某一段安裝了高頻高壓加速器,，電子就在真空盒內(nèi)，在磁鐵的作用下做環(huán)狀運(yùn)動(dòng),，經(jīng)過高頻時(shí)得到加速,。為使加速后的電子仍以相同的半徑作環(huán)形運(yùn)動(dòng)，就要改變同步C形磁鐵造成的約束磁場,，這就是同步加速器的由來,。到了20世紀(jì)70年代中期，人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到在高能物理中用于對撞實(shí)驗(yàn)的電子存儲(chǔ)環(huán)來發(fā)生同步輻射更合適，因?yàn)殡娮釉诖鎯?chǔ)環(huán)中以一定的能量作穩(wěn)定的回環(huán)運(yùn)動(dòng),，這與同步加速器中的電子的能量不斷改變的情況不同,，因而能長時(shí)間的穩(wěn)定的發(fā)出同步輻射光。隨著電子存儲(chǔ)環(huán)能量的提高,，所得同步輻射的波長不斷縮短,，從紫外線或軟X射線一直擴(kuò)展到硬X射線。

    同步輻射較之常規(guī)光源有許多優(yōu)點(diǎn),。比如它頻譜寬,，從紅外一直到硬X射線，是一個(gè)包括各種波長光的綜合光源,，可以從其中得到任何所需波長的光,；其中最突出的優(yōu)點(diǎn)是亮度大，對第一代光源,，亮度可達(dá)10E14~10E15,，比之轉(zhuǎn)靶X射線發(fā)生器的特征譜的亮度10E11高出三四個(gè)數(shù)量級。高亮度的光強(qiáng)可以做空前的高分辨率（空間分辨,，角分辨,，能量分辨，時(shí)間分辨）的實(shí)驗(yàn),，這些都是用常規(guī)光源無法完成的的,，還有同步輻射發(fā)散角小，光線是近平行的,，其利用率,，分辨率均大大提高；另外還有時(shí)間結(jié)構(gòu),、偏振特性,，有一定的相干性和可準(zhǔn)確計(jì)算等等。正因?yàn)橛幸陨细鞣N優(yōu)點(diǎn),，它在科學(xué),、技術(shù),、醫(yī)學(xué)等眾多方面解決了一批常規(guī)實(shí)驗(yàn)室無法解決的問題,，做出了重大貢獻(xiàn)，世界各國特別是發(fā)達(dá)國家對此都十分重視,，紛紛建立了自己的同步輻射實(shí)驗(yàn)中心,。

    同步輻射是速度接近光速（v≈c）的帶電粒子在磁場中沿弧形軌道運(yùn)動(dòng)時(shí)放出的電磁輻射，由于它最初是在同步加速器上觀察到的,，便又被稱為“同步輻射”或“同步加速器輻射”,。長期以來，同步輻射是不受高能物理學(xué)家歡迎的東西，因?yàn)樗牧思铀倨鞯哪芰?，阻礙粒子能量的提高,。但是，人們很快便了解到同步輻射是具有從遠(yuǎn)紅 外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜,、高強(qiáng)度,、高度準(zhǔn)直、高度極化,、特性可精確控制等優(yōu)異性能的脈沖光源,，可以用以開展其它光源無法實(shí)現(xiàn)的許多前沿科學(xué)技術(shù)研究。于是在幾乎所有的高能電子加速器上,，都建造了“寄生運(yùn)行”的同步輻射光束線及各種應(yīng)用同步光的實(shí)驗(yàn)裝置,。至今，同步輻射裝置的建造及在其上的研究,、應(yīng)用,，經(jīng)歷了三代的發(fā)展。

    同步輻射的特點(diǎn)：

    ①光譜連續(xù)且范圍寬,，由于同步輻射是非束縛態(tài)電子的輻射,，所以它的光譜是連續(xù)的，從遠(yuǎn)紅外,、可見光,、紫外直到硬X射線（104～10-1埃)。②輻射強(qiáng)度高,，在真空紫外和X射線波段,，能提供比常規(guī) X射線管強(qiáng)度高103～106倍的光源，相當(dāng)于幾平方毫米面積上有100千瓦的能流,。③高度偏振,，同步輻射在電子軌道平面內(nèi)是完全偏振的光，偏振度達(dá) 100%,；在軌道平面上下是橢圓偏振,；在全部輻射中，水平偏振占75%,。④具有脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu),，同步輻射是一種脈沖光，脈沖寬度為0.1～1納秒,，脈沖間隔為微秒量級（單束團(tuán)工作）或幾納秒到幾百納秒范圍內(nèi)可調(diào)（多束團(tuán)工作）,。⑤高度準(zhǔn)直，能量大于10億電子伏的電子儲(chǔ)存環(huán)的輻射光錐張角小于1毫弧度,接近平行光束,，小于普通激光束的發(fā)射角,。⑥潔凈的高真空環(huán)境,由于同步輻射是在超高真空(儲(chǔ)存環(huán)中的真空度為10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕）的條件下產(chǎn)生的，不存在普通光源中的電極濺射等干擾，是非常潔凈的光源,。⑦波譜可準(zhǔn)確計(jì)算,，其強(qiáng)度、角分布和能量分布都可以精確計(jì)算,。

    同步輻射在基礎(chǔ)科學(xué),、應(yīng)用科學(xué)和工藝學(xué)等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用：①近代生物學(xué)，例如測定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),通過X射線小角散射可研究蛋白質(zhì)生理活動(dòng)過程和神經(jīng)作用過程等的動(dòng)態(tài)變化,，通過X射線熒光分析可測定生物樣品中原子的種類和含量,，靈敏度可達(dá)10-9克/克。②固體物理學(xué),可用于研究固體的電子狀態(tài),、固體的結(jié)構(gòu),、激發(fā)態(tài)壽命及晶體的生長和固體的損壞等動(dòng)態(tài)過程。③表面物理學(xué)和表面化學(xué),，可用于研究固體的表面性質(zhì),，如半導(dǎo)體和金屬表面的光特性；物質(zhì)的氧化,、催化,、腐蝕等過程的表面電子結(jié)構(gòu)和變化。④結(jié)構(gòu)化學(xué),，可用于測定原子的配位結(jié)構(gòu),、大分子之間的化學(xué)鍵參數(shù)等，如對催化劑,、金屬酶的結(jié)構(gòu)測定,。⑤醫(yī)學(xué)，可用于腫瘤的診斷和治療,，如測定血液內(nèi)一些元素的含量,、血管造影、診斷人體內(nèi)各種腫瘤和進(jìn)行微型手術(shù)以除去人體特殊部位的一些異常分子等,。⑥光刻技術(shù),，由于衍射效應(yīng)，普遍采用的紫外線光刻的最小線寬約2微米,，而同步輻射光近似平行光束,用于光刻時(shí)其線寬可降至20埃,，使分辨率提高幾個(gè)數(shù)量級；這對計(jì)算機(jī),、自動(dòng)控制和光通信技術(shù)等意義重大,。