人類文明的發(fā)展，始終與光相伴，光的利用和開(kāi)發(fā)是人類文明史的一部分。1879年，電燈的發(fā)明照亮了黑夜；1895年，X射線的運(yùn)用使得我們能夠透視肉眼看不到的世界；20世紀(jì)初，更亮更純的激光被用于研究單個(gè)原子；1947年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)當(dāng)自由電子做環(huán)形高速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)射電磁輻射，由此人類再添探索微觀世界的利器。毫不夸張地說(shuō)，每引出一束光就能照亮一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域里一些不為人知的“陰影”和“角落”。迅速發(fā)展的同步輻射，更是憑借其無(wú)可比擬的優(yōu)異特性，成為研究者們進(jìn)一步探索物質(zhì)世界的“眼睛”。

　　20世紀(jì)20年代，加速器的發(fā)明，開(kāi)啟了人類用高能粒子來(lái)研究微觀世界的時(shí)代。加速器通過(guò)電磁場(chǎng)使帶電粒子加速，其獲得的能量和加速長(zhǎng)度成正比。而為了獲得更高能量的粒子，需要不斷增加加速器的長(zhǎng)度，由此科學(xué)家發(fā)明了環(huán)形回旋加速器。由于被加速粒子質(zhì)量和能量之間的制約，傳統(tǒng)的回旋加速器無(wú)法得到較高能量的粒子。為此，科學(xué)家們進(jìn)一步研發(fā)出了同步回旋加速器，其磁場(chǎng)強(qiáng)度與粒子能量呈正相關(guān)，粒子回旋頻率與高頻加速電場(chǎng)同步，突破了傳統(tǒng)回旋加速器的能量限制，在此基礎(chǔ)上又進(jìn)一步發(fā)展了同步加速器技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更高能量的粒子加速。但是高能粒子在閉合的環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)方向改變時(shí)，會(huì)在切線方向發(fā)出輻射，造成能量損失。在同步加速器上，第一次實(shí)驗(yàn)觀察到引起加速粒子能量損失的輻射，這種輻射被稱為“同步輻射”（圖1）。

　　同步輻射是指速度接近光速的帶電粒子在做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)沿切線方向發(fā)射出的電磁輻射，它的光譜很寬，可以覆蓋從紅外、紫外、軟X射線到硬X射線的光譜范圍，為眾多基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域和應(yīng)用研究提供先進(jìn)手段。從此人類對(duì)世界的探索，在空間上拓展到原子與分子尺度，在時(shí)間上拓展到納秒、皮秒或飛秒尺度。通過(guò)同步輻射光源，我們能夠看到以前難以觀察的物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及變化過(guò)程。同步輻射光源是基于同步加速器的裝置，其主要組成部分包括：注入器、儲(chǔ)存環(huán)、光束線、實(shí)驗(yàn)站。同步輻射光源被稱為高品質(zhì)的巨型X射線機(jī)和超級(jí)顯微鏡，具有高亮度、高準(zhǔn)直性以及波長(zhǎng)可調(diào)等不可替代的優(yōu)點(diǎn)，是支撐眾多學(xué)科前沿基礎(chǔ)研究與高新技術(shù)研發(fā)不可或缺的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（圖2）。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的增加，世界各國(guó)對(duì)同步輻射光源的發(fā)展建設(shè)都很重視，目前同步輻射光源已經(jīng)發(fā)展至第四代：第一代是寄生在高能物理裝置上的兼用裝置；第二代是專門(mén)設(shè)計(jì)、用于同步輻射應(yīng)用的專用光源；第三代是低發(fā)射度、大量采用插入件的專用光源；第四代則是以衍射極限儲(chǔ)存環(huán)為發(fā)展方向的新一代光源，將進(jìn)一步降低發(fā)射度，以提高光源的亮度和相干性（圖3）。

　　同步輻射早已走出實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)際應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域大放異彩。如今，同步輻射光源已成為尖端科學(xué)研究及工業(yè)應(yīng)用不可或缺的實(shí)驗(yàn)利器，可廣泛用于材料、生物、醫(yī)藥、物理、化學(xué)、地質(zhì)等領(lǐng)域。近幾十年，有五屆諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，他們的研究成果直接用到了同步輻射光源。1997年，約翰·沃克（John E.Walker）利用同步輻射光源，解析出三磷酸腺苷蛋白的結(jié)構(gòu)，因而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。進(jìn)入21世紀(jì)之后，對(duì)同步輻射光源的利用更加普遍，在同步輻射光源的輔助下，蛋白質(zhì)晶體學(xué)領(lǐng)域還獲得了2003年、2006年、2009年、2012年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（圖4）。

　　同步輻射光源正在經(jīng)歷從第三代到第四代的跨越。第四代同步輻射光源是基于衍射極限儲(chǔ)存環(huán)技術(shù)，亮度將比第三代光源提高幾百倍以上，相干性更好，對(duì)世界科技變革的影響難以估量，已成為當(dāng)前國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。高亮度光源發(fā)展的另一條技術(shù)路徑—自由電子激光的發(fā)展，使得人類能夠在原子分子水平上動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)世界。自由電子激光的原理是通過(guò)自由電子和光輻射的相互作用，電子將能量轉(zhuǎn)送給輻射而使輻射強(qiáng)度增大。自由電子激光的發(fā)展將為多學(xué)科提供高分辨成像、超快過(guò)程探索、先進(jìn)結(jié)構(gòu)解析等尖端研究手段，必將有效推動(dòng)諸多學(xué)科領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的發(fā)展（圖5）。

（文章來(lái)源：科學(xué)出版社）

合肥原位科技有限公司致力于以原位技術(shù)為核心，開(kāi)發(fā)各類原位反應(yīng)裝置，其中同步輻射原位裝置系列如下，如有需求歡迎電聯(lián)：

1、多相光（電）催化原位XAFS反應(yīng)池

主要用于光催化、電催化、光電催化反應(yīng)過(guò)程中的原位XAFS數(shù)據(jù)采集。該反應(yīng)池集合光、電燈多外場(chǎng)條件，可進(jìn)行液相、氣相和固相等多相催化反應(yīng)，包括典型的光（電）催化降解VOCS、分解水、還原CO2、固氮等。

2、高溫高壓XAFS反應(yīng)池

高溫高壓XAFS反應(yīng)池可配合合肥同步輻射/北京高能所/上海光源線站使用，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品在高溫高壓環(huán)境下的原位XAFS在線測(cè)試。測(cè)試模式為透射模式和掠入模式。