[小资料，小科普] 加速器的“同步辐射”

   粒子加速器（particle accelerator）：用电场加速带电粒子，并用电磁场控制粒子轨道的装置。

   粒子加速器有两种基本型式：直线加速器（linear accelerator, Linac）和环形加速器（cyclic accelerators）。环形加速器里主要有回旋加速器（cyclotron）、同步加速器（synchrotron）。

   同步辐射：

   带电粒子在磁场的作用下，沿曲线轨道运动时发出的电磁辐射。

   因这一电磁辐射是首先在电子同步加速器上被观测到的，故得名为同步辐射。

   当电子做圆周运动时，由于电子一直受到向心力的作用，会通过放出电磁辐射而丢失能量。当电子速度接近光速时，由于相对论效应，该电磁辐射的角分布集中于电子轨道的切线方向，因而具有极优越的光源特性。这种主要在高能电子同步加速器上产生的同步辐射，亦常称作同步光。

   特点：

   ① 亮度高、光子通量高。

   ② 频谱宽、连续可调。同步辐射相应的波长为几微米至1纳米以下。

   ③ 具有偏振性。

   ④ 具有时间结构。

   ⑤ 洁净度高。同步辐射是自由电子产生的，无其他粒子本底。此外，同步辐射由于是在超高真空环境中传播，因此特别适合对环境清洁度要求很高的科学实验和工艺过程。

   ⑥ 可作为标准光源。这是因为同步辐射的光通量、能量分布及偏振度等均可准确计算，并和实验值符合良好。

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=74798&Type=bkzyb&SubID=84254

图1  带电粒子的电磁辐射

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=141043&Type=bkzyb&SubID=61964

图2  同步加速辐射示意图

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=146957&Type=bkzyb&SubID=87351

   《中国大百科全书》 2023-03-30 词条“同步辐射/synchronous radiation/柴之芳”

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=74798&Type=bkzyb&SubID=84254

里有个视频。

   美国国家加速器实验室的一个示意图：

图3  This illustration depicts the basic components of a synchrotron light source, such as SSRL at SLAC. Electrons are produced with the electron gun and accelerated in the booster ring. As the electrons curve around the storage ring with the help of bending magnets, they emit X-ray light that is then focused into beams aimed at samples scientists wish to study in the experimental stations. (Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory)

这幅插图描绘了同步加速器光源的基本组件，例如SLAC的SSRL。电子是用电子枪产生的，并在助推环中加速。当电子在弯曲磁铁的帮助下绕存储环弯曲时，它们会发射出X射线，然后聚焦成光束，瞄准科学家希望在实验站研究的样本。（Greg Stewart/SLAC国家加速器实验室）

https://www6.slac.stanford.edu/research/slac-science-explained/synchrotrons  

   2020年，在德国柏林 BESSY II （Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung II）存储环上，一个由加速器物理学家、波动器专家和实验人员组成的联合团队，已经展示了如何更快地切换圆偏振同步辐射的螺旋度，这比以前快了100万倍。

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=87054

https://www.nature.com/articles/s42005-020-0331-5

https://phys.org/news/2020-04-bessy-ii-ultra-fast-helicity-circularly.html

图4  比以前快100万倍！实现更快地切换圆偏振同步辐射的螺旋度

https://pqnoss.kepuchina.cn/2021/12/19/20211219040016_02f65e

https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2020/bessyiiultra.jpg

图5  Flipping the helicity of X-rays from an undulator at unprecedented speed

https://media.springernature.com/full/springer-static/image/art%3A10.1038%2Fs42005-020-0331-5/MediaObjects/42005_2020_331_Fig3_HTML.png?as=webp

https://www.nature.com/articles/s42005-020-0331-5

参考资料：

[1] 2023-07-21，加速器/accelerator/党云博，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=153442&Type=bkzyb&SubID=140582

[2] 2022-12-23，同步辐射/synchrotron radiation/赵振堂、柴之芳，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=141043&Type=bkzyb&SubID=61964

[3] 2023-06-04，同步加速辐射/synchrotron radiation/尤峻汉，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=146957&Type=bkzyb&SubID=87351

[4] 2023-03-30，同步辐射/synchronous radiation/柴之芳，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=74798&Type=bkzyb&SubID=84254

[5] National Accelerator Laboratory, Synchrotrons, the Swiss Army knives of science

https://www6.slac.stanford.edu/research/slac-science-explained/synchrotrons

[6] Physical Measurement Laboratory, What is synchrotron radiation?

https://www.nist.gov/pml/sensor-science/what-synchrotron-radiation  

[7] 科普中国，2021-12-19，比以前快100万倍！实现更快地切换圆偏振同步辐射的螺旋度

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=87054

[7-2] Karsten Holldack, Christian Schüssler-Langeheine, Paul Goslawski, Niko Pontius, Torsten Kachel, Felix Armborst,  Markus Ries, Andreas Schälicke, Michael Scheer, Winfried Frentrup, Johannes Bahrdt. Flipping the helicity of X-rays from an undulator at unprecedented speed [J]. Communications Physics, 2020, 3(1): Article number: 61.

doi:  10.1038/s42005-020-0331-5

https://www.nature.com/articles/s42005-020-0331-5  

[8] 科普中国，2021-12-31，世界同步辐射装置列表

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&ar_id=183016  

[9] 环球物理，薛德堡，2022-11-06，【物理科普】磁场仅仅是一种相对论效应吗？

https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA5ODMwOTExNA==&mid=2662047553&idx=4&sn=0e88d426645b99e41e716bce1559d467&chksm=8bccb9d4bcbb30c24215d421c654e46fc85aaca44fcd530b5c4d1c5bd8e85dca24c2dd7e0890&scene=27

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_20661652

[10] 曹则贤. 物理学咬文嚼字之六十六 参照系?坐标系! [J]. 物理, 2014, 43(11): 767-772.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-WLZZ201411014.htm  

https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7693/wl20141109

[11] 2022-06-08，马赫，E./Mach, Ernst/董光璧，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=136846&Type=bkzyb&SubID=61860

   其中《力学史评》这部著作几乎传遍世界，对物理学的发展产生了深刻的影响。马赫在这部书中，从经验论的观点对力学概念和原理作了历史性的考察。他在书中对I.牛顿的绝对时间、绝对空间的批判以及对惯性的理解，是极有启发性的思想，但在当时并没有引起物理学家足够的重视。这个思想对A.爱因斯坦建立广义相对论起过积极的作用，后来爱因斯坦把他的这一思想称为马赫原理。

[12] 2022-01-20，粒子加速器/particle accelerator/王丹，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=145504&Type=bkzyb

   按照粒子运动轨道分类，有直线加速器、圆形加速器（包括回旋加速器、同步回旋加速器等）、环形加速器（又称同步加速器）；

[13] 2022-12-23，粒子加速器/particle accelerator/张闯，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=144597&Type=bkzyb&SubID=105134

   按粒子的轨道分类，有直线加速器、圆形加速器（包括回旋加速器、同步回旋加速器等）和环形加速器等；

相关链接：

[1] 2023-08-09，[困惑，请教，讨论] 电磁“辐射场”的观测值，依赖参照系吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398443.html

[2] 2023-08-08，[？] “反思麦克斯韦经典电磁理论”有什么用？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398311.html  

[3] 2023-08-09，[困惑，请教，讨论] 电磁“辐射场”的观测值，依赖参照系吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398443.html

[4] 2023-07-20，[讨论] 电磁学的实验再检验（4）：电磁波依赖坐标系判定实验原理

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1396060.html

[5] 2023-02-15，[专业微信群贴出] “静止”的宏观点电荷会激发出磁场，并发射出电磁波吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1376384.html

[6] 2016-10-13，[讨论] 电磁学（物理学）的基础：磁场的起因

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1008502.html

[7] 2015-09-06，rainsnow 老师：我的担忧并没有消失！！

http://blog.sciencenet.cn/blog-107667-918874.html

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