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2024-06-01照亮未來的科學研究 臺灣同步輻射光源啟用30週年 654 期

Author 作者 許火順/同步輻射研究中心研究員,1987年成為同步第二屆學員,曾出版《追光之旅》一書記錄同步輻射籌建歷程。

Take Home Message
•興建同步輻射的想法在1979年被提出,1993年臺灣啟用第一座同步加速器「臺灣光源」,開啟同步輻射研究。
•同步輻射的光譜、影像、繞射技術可應用於物理、化學、生物、材料、能源、環境、地質等領域,進行過去無法做到的實驗。
•臺灣積極參與國際同步輻射合作,開放全球用戶使用同步輻射設施,也協助他國建造設施及培育人才。

 
去(2023)年10月23日,國家同步輻射研究中心盛大慶祝「台灣光源」(Taiwan Light Source, TLS)啟用30週年紀念。三十而立,臺灣有自己的同步輻射已經30年了,這意味著同步輻射伴隨我們國內科學家的研究已超過半甲子,它不再是神祕的光源,而是我們做研究隨時會想到的實驗利器。當天許多政府科技主管、民意代表、學術界的前輩,以及眾多同步輻射的使用者,約400多人出席盛會。中央研究院院士李遠哲從最初就一路陪伴臺灣同步輻射研究中心的成長,當天他娓娓訴說著早期同步輻射發展的歷程,以及許多感人的故事。
 

同步輻射的介紹與影響

同步輻射的全名是「同步加速器輻射」。這裡的輻射是指光,也就是一種加速器光源,現在很多同步輻射都改名為同步加速器光源(簡稱同步光源)。同步輻射是將電子加速到接近光速,然後用磁鐵使電子轉彎,此時就會沿電子行進的切線方向輻射出薄片狀的光。由於電子只能存活在真空中,如果要在環形的真空腔裡一面加速電子,一面固定電子的行進軌道,控制轉彎的磁場就要跟著同步增強,這就是同步加速器(圖一)。

 

圖一|同步輻射示意圖
(EPSIM 3D/JF Santarelli, Synchrotron Soleil, public domain, Wikimedia Commons)

 
偏轉磁鐵產生的同步輻射光譜涵蓋紅外光、可見光、紫外光、真空紫外光、軟X光到硬X光等連續波段,準直性高、具脈衝結構,這是史上絕無僅有的光源(圖二)。尤其在真空紫外光、軟X光、硬X光波段的強度,更是傳統光源的百萬倍以上。1990年起發展出插件磁體,之後同步加速器的設計便以多邊環形為主,例如在直線段裝設讓連續光譜往高能量移動的「增頻磁鐵」,或是讓能量集中在某些特定共振頻率的「聚頻磁鐵」,這種以插件磁鐵為主的加速器光源就是第三代同步輻射。……【更多內容請閱讀科學月刊第654期】

 

圖二
同步輻射涵蓋紅外光到硬X光區的連續波段。(同步輻射研究中心提供)