合肥800MeV同步辐射源光谱特性的测量
1 前 言
同步辐射是近年来发展起来的一种新型光源,被认为是现代光源一项重大进展。同步辐射源具有连续宽广的光谱范围,覆盖了从红外、可见、近紫外、真空紫外到软X射线的范围,它还具有辐射强度高、方向性好及高度偏振的特点,是其他光源所无法比拟的。它的应用不仅遍及物理、化学、生物等基础领域,而且活跃在材料科学、地质学、医学、药物学、微电子工业、微加工技术等科学技术领域。
在计量科学领域,利用同步辐射源建立真空紫外和软X射线光谱范围的光谱辐射基准,为上述应用和研究提供了量化数据,促进它们的发展。
世界上一些科技先进国家的计量部门,如美国国家标准技术研究院(NIST)、英国国家物理研究所(NPL)、德国物理技术研究院(PTB)和日本电子技术综合研究所(ETL)均相继对本国的同步辐射光源进行了精确的测量和研究,并利用同步辐射建立了红外、可见、紫外、真空紫外直到软X射线范围的光谱辐射基准。
为了满足我国同步辐射应用的需要和计量科学学科本身的发展,首先研究同步辐射源的光谱特性,为以后建立基准的工作打下一些基础。
2 测量原理、装置和方法
同步辐射光是由运动速度接近光速的电子(或正电子)在加速器里产生的,它是相对论性带电粒子在磁场中沿弯曲轨道运动时发出的电磁辐射。合肥国家同步辐射实验室(HESYRL)的同步辐射装置的主体是一台800MeV电子储存环,以一台200MeV电子直线加速器作为注入器。电子束经直线加速器加速后,通过输运线注入储存环并在其中积累,然后慢加速到800MeV电子储存环运行,发出同步辐射。该电子储存环最终可以提供19条光束线,每一条光束线又可分为几个实验站。对同步辐射源光谱特性的测量,即它的相对光谱功率分布的实验,是在U12光束线上进行的。
整个装置的布局示意图如图1所示。
由于相对论效应,电子在回旋运动时发出的辐射集中于电子运动方向(即轨道切线方向)周围极细光锥内,通过U12线将光束引出测量。目前测量的波长范围是250~400nm,所以在光束线前端的窗口加一块石英窗口,并加上涡轮分子泵系统进行预真空处理,一方面使窗口可随时更换、清洗,进行透射比的测量对结果进行修正;另一方面也是环内高真空(10-7~10-8Pa)的需要。
(1)测量同步辐射源光谱功率分布的实验装置
如图2所示。分光器是用MM3d型萤石棱镜双单色仪,其工作波长范围是185~2500nm。光电倍增管用R456型,它能工作在较长的波长范围,且具有较高的灵敏度和较好的稳定性。
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