同步輻射技術(shù)第1頁，共59頁。

同步輻射光源和同步輻射裝置2第2頁，共59頁。同步輻射是一種先進和不可替代的光源是一類與中子散射互補的大科學裝置是一個產(chǎn)生新的實驗技術(shù)和方法的平臺是一個不同學科互相交融的理想場所是一個凝聚和培養(yǎng)優(yōu)秀創(chuàng)新人才的基地3第3頁，共59頁。什么是同步輻射？實驗觀察接近光速運動的電子在改變運動方向時會沿切線方向輻射電磁波。1947年4月，F(xiàn).R.Elder等人在美國通用電氣實驗室的70MeV的電子同步加速器上首次觀察到了電子的電磁輻射，因此命名為同步輻射。4第4頁，共59頁。5第5頁，共59頁。同步輻射光的特點6第6頁，共59頁。

高亮度7第7頁，共59頁。高亮度的優(yōu)勢：實時（化學反應動力學、相變過程、活細胞變化過程）原位（高低溫、高壓、高真空等）微量樣品其他要求高光強的實驗，如X射線反射等8第8頁，共59頁。寬能譜從紅外線、可見光、真空紫外線、軟X射線一直延伸到硬X射線9第9頁，共59頁。10第10頁，共59頁。小發(fā)散11第11頁，共59頁。脈沖光12第12頁，共59頁。高偏振度13第13頁，共59頁。具有精確的可預算的特性。可以用作各種波長的標準光源。絕對潔凈。因為它在超高真空產(chǎn)生，而沒有任何如陽極、陰極和窗口帶來的干擾14第14頁，共59頁。同步輻射裝置發(fā)生裝置（光源）光束線實驗站15第15頁，共59頁。

同步輻射裝置組成部分及功能一、同步輻射發(fā)生裝置1、注入器直線加速器（linac):初步加速，幾十至幾百MeV,產(chǎn)生電子，形成電子束團增強器（Booster):用同步加速器進一步加速電子達到需要值，可達GeV16第16頁，共59頁。2、電子儲存環(huán)一定能量電子在環(huán)內(nèi)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，發(fā)射同步輻射由磁聚焦結(jié)構(gòu)、高頻加速諧振腔、束流傳輸束線、插入件（扭擺器、波蕩器）及真空室構(gòu)成17第17頁，共59頁。二、光束線：作用：對原始白色輻射進行加工以滿足實驗對波長、尺寸等的要求，并把輻射從發(fā)射點引導到實驗裝置的整個光路。1、前端區(qū)：從發(fā)射點到儲存環(huán)出口作用：截取、引導、控制輻射：防止輻射對儀器、設備和人體造成損傷；保護儲存環(huán)真空元件：狹縫、擋光器、真空快慢閥、光閘、真空位置探測器、光束位置監(jiān)控器、隔離窗。18第18頁，共59頁。2、從儲存環(huán)出口到實驗裝置的一段作用：除類似前端區(qū)功能外，主要是對輻射加工，以獲得有一定能量（范圍）、一定光斑尺寸和平行度的實驗用光束元件：反射鏡、準直鏡、聚焦鏡、單色器、狹縫19第19頁，共59頁。20第20頁，共59頁。21第21頁，共59頁。22第22頁，共59頁。23第23頁，共59頁。1皮秒等于一萬億分之一（即10的12次方分之一）秒24第24頁，共59頁。25第25頁，共59頁。26第26頁，共59頁。27第27頁，共59頁。28第28頁，共59頁。29第29頁，共59頁。30第30頁，共59頁。31第31頁，共59頁。32第32頁，共59頁。33第33頁，共59頁。34第34頁，共59頁。35第35頁，共59頁。36第36頁，共59頁。37第37頁，共59頁。38第38頁，共59頁。同步輻射小角X射線散射（saxs）主要應用于尺寸為1nm—100nm的納米結(jié)構(gòu)表征，可以表征固體、液體、粉末、薄膜等多種形式的樣品，主要應用的領域有聚合物、纖維材料、金屬材料、半導體材料等等。常見的實驗方法為透射的SAXS和掠入射的小角散射（GISAXS），這兩者的區(qū)別是透射的SAXS測量的是體相結(jié)構(gòu)的信息，而GISAXS則是測量的表面及表層結(jié)構(gòu)，因此常用于薄膜材料的表面及表層不同深度的結(jié)構(gòu)表征。而這兩種實驗方法又都可以做一些原位的實驗，例如樣品在拉伸、剪切、變溫等實驗環(huán)境下的結(jié)構(gòu)變化，催化劑的反應過程測量。因此具有非常靈活的實驗手段，可以根據(jù)需要自行加入相關設備，實現(xiàn)各種實驗過程的有效表征。39第39頁，共59頁。

SAXS和WAXS實例40第40頁，共59頁。41第41頁，共59頁。42第42頁，共59頁。43第43頁，共59頁。44第44頁，共59頁。45第45頁，共59頁。XRR的基本原理X射線在樣品表面發(fā)生反射和折射現(xiàn)象折射光進入樣品內(nèi)部，在薄膜于襯底/下一層的界面又發(fā)生反射和折射。兩束反射光束發(fā)射干涉，產(chǎn)生干涉條紋46第46頁，共59頁。47第47頁，共59頁。48第48頁，共59頁。掠入射X射線衍射(GIXRD)和掠入射X射線散射過程類似，機理和XRD相同。而通常XRD測量時，一般來說入射－衍射束構(gòu)成的平面垂直于試樣表面（晶面），這樣X射線穿透樣品較深，出射信號含表面薄膜信號很少，測量對表面結(jié)構(gòu)不敏感，所以也可以簡單的理解為GIXRD就是專門針對表面薄膜的XRD。49第49頁，共59頁。50第50頁，共59頁。51第51頁，共59頁。52第52頁