Что такое источник синхротронного излучения?
Источник синхротронного излучения использует изгибающие магниты для того, чтобы заставить высокоэнергетические пучки электронов циркулировать в кольцевом синхротронном ускорителе со скоростью, близкой к скорости света. Вдоль тангенциального направления отклоненной траектории электроны испускают непрерывный спектр электромагнитных волн. Это спонтанное излучение электронов отличается высокой интенсивностью и широким спектральным диапазоном, что позволяет произвольно выбирать и непрерывно регулировать желаемую длину волны. Таким образом, оно стало новым типом источника света для научных исследований.
Основная структура источника света:
Он в основном состоит из линейного ускорителя, бустера, накопительного кольца, каналов пучка и экспериментальных станций.
История развития:
Характеристики источника света
- Высокая интенсивность
Например, для получения рентгеновского изображения дефектов кристалла с помощью обычного рентгеновского аппарата обычно требуется 7–15 дней экспозиции, тогда как использование источника синхротронного излучения занимает всего несколько секунд или минут. Таким образом, эффективность работы повышается в десятки тысяч раз. Высокая яркость позволяет синхротронному излучению выполнять множество задач, недоступных для обычных источников света. - Широкий спектр
Синхротронное излучение охватывает широкий спектральный диапазон, простирающийся от инфракрасного излучения, видимого света, вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгеновского излучения до жесткого рентгеновского излучения. В настоящее время это единственный источник света, способный охватывать такой широкий диапазон, обеспечивая при этом высокую яркость. - Высокая коллимация
Синхротронное излучение, извлекаемое через оптические компоненты, обладает превосходной коллимацией. После фокусировки яркость может быть значительно увеличена, что позволяет изучать чрезвычайно малые образцы и микроэлементы в материалах. - Пульсирующая природа
Синхротронное излучение испускается электронными пучками, периодически циркулирующими в накопительном кольце, создавая временную структуру импульсов длительностью от наносекунд до микросекунд. Это свойство позволяет изучать зависящие от времени процессы, такие как химические реакции, физические возбуждения и изменения в биологических клетках. - Поляризация
Подобно видимому свету, синхротронное излучение, испускаемое накопительным кольцом, может демонстрировать линейную или круговую поляризацию в зависимости от угла наблюдения. Эта особенность может быть использована для изучения ориентации определенных параметров в образцах.
Основные области применения:
Инженерные материалы
Линия синхротронного излучения HEPS для исследования инженерных материалов обеспечивает методы неразрушающего контроля с высокой проникающей способностью, многомасштабным пространственным разрешением, высокой чувствительностью к плотности, высоким угловым разрешением и широким полем излучения. Она позволяет проводить неразрушающие многомерные и многомасштабные исследования микро- и мезоструктурных особенностей инженерных материалов, а также распределения остаточных напряжений непосредственно в процессе работы. Кроме того, она поддерживает исследования взаимосвязи между технологиями изготовления и обработки, условиями нагружения и окружающей среды, а также макроскопическими эксплуатационными характеристиками материалов.
Передовые материалы
Промышленная 3D-печать, как представитель передовых производственных технологий, является ключевым элементом стратегии «Сделано в Китае 2025». Сложные технологические процессы часто вызывают микроструктурные изменения и остаточные напряжения, что приводит к ухудшению характеристик материала и преждевременному выходу из строя. Технология HEPS позволяет проводить неразрушающую диагностику в режиме реального времени технологических и эксплуатационных условий, предоставляя важную информацию о связи между микроструктурой и характеристиками, а также способствуя повышению надежности современных материалов.
Катализ и энергия
Ключ к эффективному, чистому и возобновляемому применению экологически чистой энергии заключается в понимании процессов химических каталитических реакций, а также в достижении контролируемого катализа на молекулярном и наномасштабном уровнях. Такие исследования требуют использования синхротронных установок с высоким потоком рентгеновского излучения, высокой яркостью, превосходным временным и пространственным разрешением, а также возможностью проведения экспериментов in situ и operando в реалистичных условиях. Только синхротронные установки с высокой яркостью и чрезвычайно низким эмиттансом могут обеспечить такие условия исследований.
Новая энергия
Сланцевая нефть и газ стали новыми перспективными ресурсами в мировой нефтегазовой отрасли. Использование нано-КТ-технологии HEPS позволяет получать трехмерные изображения сланцевых структур с нанометровым разрешением, выявляя пространственные характеристики распределения сланцевых пор и получая такие параметры, как связность пор, распределение размеров пор и объем пор. Кроме того, методы малоуглового рассеяния позволяют различать нанопоры и распределение пор в разных масштабах, предоставляя научные данные для изучения характеристик хранения сланцевой нефти и газа.
Глобальное распределение источников синхротронного излучения
Источники синхротронного излучения широко используются в государственном управлении, научных исследованиях и оборонной промышленности, и различные магнитные материалы являются их неотъемлемой частью.
