同步輻射光源到底有何優勢？

11-27

同步輻射光源造價如此之高，它到底有何優勢？

這麼好的問題竟然沒人關注，不科學啊。來簡要的答一波，更多乾貨以後來填坑。

重點：

1、什麼是同步輻射光源？

2、同步輻射光源有什麼特點？

以下的一張slide（自己的留著做報告吹牛時用，放上的是上海光源肖體喬老師課題組在用戶會議上的報告PPT）可以解釋這兩個問題：

3、全世界有多少同步輻射裝置？

還是上權威的地圖分布最直觀最靠譜。圖片來自Nature Photonics 9, 281 (2015)，數據來自 http://www.lightsources.org 一個國際同步輻射合作組織的網站。

從圖中可以看出，全世界截至2015年大約有47個同步輻射裝置，分布於23個國家和地區。中國境內有北京正負電子對撞機兼用的一代光源，合肥同步輻射光家實驗室二代光源，上海同步輻射光源（三代光源）及台灣新竹的同步輻射光源。此外，預計今年年底會在北京懷柔開工建設3.5代准衍射極限環北京高能光源（衍射極限環被稱為第四代），新聞聯播上報道過，就是那個48億人民幣預算的大傢伙。見下圖（圖片來於項目首席科學家董宇輝研究員）：

知名的同步輻射光源有美國的ALS、APS、BNL、CHESS、SSRL、NSLS-II，日本的SPring-8，歐洲的ESRF，DESY旗下的BESSY、英國鑽石光源，加拿大光源、瑞士光源、義大利蒂利亞斯特光源等。大概都長一個樣子（個人一直覺得位於Cupertino的蘋果新總部就是個同步輻射儲存環）

題外話：大夥看出來了，美國有8台同步輻射裝置，咱中國只有4台，大陸目前只有1台三代同步輻射光源大科學裝置，所以，資源還是很稀缺的。最近教育部、湖北省及武漢市政府、武漢大學在大力推動武漢光源的立項與建設工作，作為同步輻射人，我們是喜聞樂見的。

4、同步輻射到底具有哪些優勢？

其實問題已經回答完了，第一張圖上列出的同步輻射的特點便是它的優勢。

常規來講，同步輻射上運用的方法學大多分為衍射、吸收、散射三大類。

如解析蛋白質的結構，為晶體衍射；常規CT為吸收襯度成像；小角散射等。

只對成像具有一定的研究，對結構生物學與各類譜學不太精通。

同步輻射上常用的成像方法有CT（計算機斷層掃描成像術）、納米CT、STXM（掃描透射X射線顯微成像術）、TXM（透射X射線顯微成像術）、CDI（相干衍射成像），其中納米CT和STXM及TXM是有交叉的，在STXM及TXM二維成像的基礎上旋轉樣品，獲得一系列角度下的投影即可重構出三維圖像，解析度為納米量級，故稱為納米CT。

CT、納米CT一般採用吸收襯度或相位襯度原理成像；STXM及TXM一般採用吸收襯度及元素吸收邊進行成像；CDI採用橫向相干的X射線進行衍射成像。

因為光源相干性好、通亮高，所以獲得的圖像能取得更佳的襯度，圖像的實空間解析度可以更高，這便是在成像中的優勢。更為關鍵的是，同步輻射是一個大科學裝置，是一個複雜的研究平台，各類方法與技術是可以同時使用的。比如說冷凍電鏡里的Cryo系統可以引入成像系統，實現冷凍乾燥下的細胞成像；在線的金剛石對頂砧(DAC)可以實現材料的高溫高壓下原位成像研究；熒光探測器可以載入到成像系統的CCD探測器旁，進行成像的同時實現熒光譜，元素識別的研究～～說多了，還有很多idea，留著自己做發paper用??

歡迎提問，大家一同探討。

優勢是非常明顯的。
首先說一下同步輻射的定義：電子在同步加速器中加速，根據電動力學的理論，加速電荷將引起輻射，產生從紅外到硬X射線的寬頻帶連續輻射。
我們知道實驗室的X射線衍射實驗裝置能量小，而且受X射線管靶材的限制，特徵輻射波長是區域是非常狹窄的。但是同步輻射的頻譜是連續並且非常廣闊的，這種連續譜是可以直接引出使用，也可以利用各種元件（類似晶體單色器或者光柵這種吧），選擇需要的應用波長。
下面我簡單說一下另外的5個非常大的優勢：

強度高，亮度大（亮度比常規X射線源高10的8次方~10的10次方倍，甚至更多）。
高度偏振性（在電子軌道平面內，幾乎是100%的線偏振光，在軌道平面上下是橢圓偏振光）。
良好的準直性。
光源的焦斑小。
高度穩定性（儲存環內電子束的壽命可長達10h左右，光束位置穩定，再現性好）。

先碼這麼多吧，等有人想看的更多的時候我再多寫一些。
以上。

什麼是同步輻射光源？

如果有需要測樣的，歡迎諮詢我，樣直接寄到美國測，先測樣後付錢

時間分辨，空間分辨，表徵精度，多場耦合都十分給力，而且還以遠超其他多數表徵手段的發展速度進行加速升級，花樣超多，想想就激動。。。

這種高大上的儀器估計我是用不到了，只是聽老師介紹過，基本和前邊所說的一致。強度高，準直性好；譜頻單位連續而且很寬，脈衝寬度可以達到10∧（-8）甚至10∧（-10）s, 這一點很重要，X 射線是做不到的。當然可能不是發過nature 級別文章的大牛是很少有機會用的。