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X射线科普介绍

2021-10-02 20:46     来源:芯片失效分析实验室     X射线伽马射线

X射线通常指电磁波谱上紫外线和伽马射线之间的电磁波辐射,其光子能量介于几十eV到几百keV之间,涵盖了真空紫外、软X射线和硬X射线波段。1895年德国科学家伦琴通过真空放电管首次发现了X射线,使得人们能够无损地观察物体的内部结构,从而开创了科学技术的新纪元。伦琴因此获得了1901年诺贝尔物理学奖。此后不久,Larmor和Lienard等人利用加速带电粒子产生电磁辐射的理论解释了伦琴射线的产生机理。

近百年来,X射线光源技术取得了长足进步。目前,实验室常规X光源主要采用高速电子轰击金属阳极靶产生轫致辐射的方式,且随着阳极靶型式的多样化,如旋转靶和液态金属射流靶等,辐射功率得到大幅提高。

1912年肖特(G. Schott)发表专著,论述了作圆周运动电子的辐射理论。1947年哈伯(F. Haber)等在美国通用电气公司70 MeV电子同步加速器上首次观察到这种辐射,由于它是在电子同步加速器上被观察到的,故称作同步辐射(synchrotron radiation)。随着加速器技术的飞跃发展,基于高能电子加速器发展而来的同步辐射和自由电子激光已经成为当今最优质的X射线光源。

自20世纪60年代以来,同步辐射光源的发展已经历了四代。第一代同步辐射光源“寄生”于高能物理实验用的电子储存环。1970年代初,专门用来产生同步辐射光的第二代同步辐射光源应运而生。1990年代后出现的第三代同步辐射则是在第二代基础上大量使用插件产生低发射度、高亮度的同步辐射,其最高亮度比第二代光源提高上千倍。近年来,国际上大力发展以衍射极限环为代表的第四代同步辐射光源。四代光源具有极低的水平发射度和极高的空间相干性,亮度相对三代光源提升了2—3个量级。我国1990年代初建成的北京光源和合肥光源分别属于第一代和第二代同步辐射光源,2009年建成的上海同步辐射光源则是第三代同步光源,正在建设的北京高能光子源是我国首台第四代同步辐射光源。
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