¿Qué es una fuente de radiación de sincrotrón?
Una fuente de radiación de sincrotrón utiliza imanes de flexión para forzar la circulación de haces de electrones de alta energía en un acelerador de sincrotrón anular a una velocidad cercana a la de la luz. A lo largo de la trayectoria desviada, los electrones emiten un espectro continuo de ondas electromagnéticas. Esta radiación espontánea de los electrones se caracteriza por su alta intensidad y un amplio rango espectral, lo que permite seleccionar arbitrariamente la longitud de onda deseada y ajustarla continuamente. Por lo tanto, se ha convertido en un nuevo tipo de fuente de luz para la investigación científica.
Estructura principal de la fuente de luz:
Se compone principalmente de un acelerador lineal, un propulsor, un anillo de almacenamiento, líneas de haz y estaciones experimentales.
Historial de desarrollo:
Características de la fuente de luz
- Alta intensidad
Por ejemplo, tomar una radiografía de defectos en cristales con un equipo de rayos X convencional suele requerir de 7 a 15 días de exposición, mientras que usar una fuente de radiación de sincrotrón solo toma unos segundos o minutos. De este modo, la eficiencia de trabajo se multiplica por decenas de miles. El alto brillo permite que la radiación de sincrotrón realice muchas tareas que las fuentes de luz convencionales no pueden realizar. - Amplio espectro
La radiación de sincrotrón cubre un amplio rango espectral, que abarca desde el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta de vacío y los rayos X suaves hasta los rayos X duros. Actualmente, es la única fuente de luz capaz de cubrir un rango tan amplio y, al mismo tiempo, ofrecer un alto brillo. - Alta colimación
La radiación de sincrotrón extraída mediante componentes ópticos ofrece una excelente colimación. Tras el enfoque, el brillo puede mejorarse considerablemente, lo que permite estudiar muestras extremadamente pequeñas y trazas de elementos en materiales. - Naturaleza pulsada
La radiación de sincrotrón es emitida por haces de electrones que circulan periódicamente en el anillo de almacenamiento, lo que produce una estructura temporal de pulsos que van desde nanosegundos hasta microsegundos. Esta propiedad permite estudiar procesos dependientes del tiempo, como reacciones químicas, excitaciones físicas y cambios celulares biológicos. - Polarización
Al igual que la luz visible, la radiación de sincrotrón emitida por el anillo de almacenamiento puede presentar polarización lineal o circular según el ángulo del observador. Esta característica permite estudiar la orientación de parámetros específicos en las muestras.
Aplicaciones principales:
Materiales de ingeniería
La línea de luz HEPS para materiales de ingeniería proporciona métodos de ensayos no destructivos con gran capacidad de penetración, resolución espacial multiescala, alta sensibilidad a la densidad, alta resolución angular y características de campo amplio. Permite realizar estudios in situ, no destructivos, multidimensionales y multiescala de las características micro y mesoestructurales de los materiales de ingeniería, así como de la distribución de la tensión residual. Además, apoya la investigación sobre las relaciones entre las técnicas de fabricación y procesamiento, las condiciones ambientales y de carga, y el rendimiento macroscópico de los materiales en servicio.
Materiales avanzados
La impresión 3D de grado industrial, como representante de las tecnologías de fabricación avanzadas, es un elemento clave de la estrategia «Hecho en China 2025». El procesamiento complejo a menudo induce evolución microestructural y tensión residual, lo que resulta en un rendimiento reducido del material y fallos prematuros. HEPS permite el diagnóstico in situ, no destructivo y en tiempo real de las condiciones de procesamiento y servicio, proporcionando información crucial sobre la relación entre la microestructura y el rendimiento, y contribuyendo a la mejora de la fiabilidad de los materiales avanzados.
Catálisis y energía
La clave para aplicaciones energéticas verdes, eficientes, limpias y renovables reside en comprender los procesos de reacción catalítica química, así como en lograr una catálisis controlable a escala molecular y nanométrica. Estos estudios requieren instalaciones de radiación de sincrotrón con alto flujo de rayos X, brillo, excelente resolución temporal y espacial, y la capacidad de realizar experimentos in situ y operando en condiciones realistas. Solo los dispositivos de radiación de sincrotrón con alto brillo y emitancia extremadamente baja pueden proporcionar estas condiciones de investigación.
Nueva energía
El petróleo y el gas de esquisto se han convertido en nuevos puntos fuertes en el desarrollo de recursos globales. Mediante la tecnología nano-CT de HEPS, es posible obtener imágenes tridimensionales de las estructuras de esquisto con resolución nanométrica, revelando las características de distribución espacial de los poros de esquisto y adquiriendo parámetros como la conectividad, la distribución del tamaño y el volumen de los poros. Además, los métodos de dispersión de ángulo pequeño pueden resolver nanoporos y la distribución de poros a diferentes escalas, proporcionando datos científicos para el estudio de las características de almacenamiento del petróleo y el gas de esquisto.
Distribución global de fuentes de luz de sincrotrón
Las fuentes de luz de radiación de sincrotrón se utilizan ampliamente en la economía nacional, la investigación científica y las industrias de defensa, y diversos materiales magnéticos son una parte esencial de ellas.
