同步辐射在计量学中的应用研究

　　0　概述

　　同步辐射是高能带电粒子(v≈c),在磁场中沿曲线轨道做回旋加速运动时,沿轨道切线方向发出一种极强的电磁辐射。同步辐射具有连续宽广的光谱范围、强度高、有高度的准直性、以及有高度的偏振性、具有时间结构的脉冲光、根据储存环的物理参数同步辐射光源的特性可以精确计算、光源来自超高真空环境等特点。

　　依据Schwinger在四十年代所作研究工作提出的理论,能够根据电子轨道半径,转弯磁铁磁场强度等参数对同步辐射的强度、光谱角分布和偏振度等方面作出精确计算。Schwinger[1][2]提出的:一个电子在单位垂直角、单位时间内发射的光子数目的公式是同步辐射作为计量标准光源的理论基础。

　　因此,同步辐射一经被发现,便被广泛应用于原子、分子物理、固体物理、生物、化学等基础科学以及超大规模集成电路的光刻和成像显微等技术研究领域。特别是在辐射计量方面,利用同步辐射建立光谱辐射标准,从五十年代起美国、英国、德国、日本等工业发达国家就开始对同步辐射特性进行系统的实验研究,在利用同步辐射建立光谱辐射标准方面取得了很大的进展。

　　我国在利用同步辐射进行光辐射计量标准的研究方面也做了一些研究工作。在中国科技大学国家同步辐射实验室二期工程中,在中科院高能物理研究所、长春光机所等单位的协作下,在合肥国家同步辐射实验室的储存环装置上建立了计量线和实验站,并在其上进行了传递标准光源(氘灯)的光谱辐亮度的标定和探测器量子效率的标定工作。这些研究工作的开展,为我国今后进一步开展这方面的工作,跟踪世界先进水平打下了理论和技术基础。

　　1　同步辐射装置和光束线

　　1·1　同步辐射源的构造

　　同步辐射主要由两大部分构成:①注入器———由发生电子及给电子加速的加速器组成,其功能是将电子加速到同步辐射源要求的额定能量,然后将它们注入电子储存环。②电子储存环———其功能是让具有一定能量的电子在其中作稳定运行。电子经由加速器加速到同步辐射源要求的能量注入电子储存环后,电子在储存环中稳定运行,得到同步辐射光。电子在储存环中是以束团的形式存在和运行的,可以为单束团和多束团运转。图1为合肥国家同步辐射实验室同步辐射实验室平面布置示意图。

　　直线加速器、储存环和连接它们的管道以及同步辐射的引出管道等都为真空设备,都有各自的真空要求。储存环要求的真空度最高,要求好于10-7Pa~10-8Pa,各个实验站根据不同的实验要求具有不同的真空度,标定光源的实验站真空度为10^-5Pa。