日本大型同步辐射光源SPring-8全面介绍！

说明：本次主要介绍日本大型同步辐射光源SPring-8，包括SPring-8的基本情况，SPring-8的一般特点，以及SPring-8的光束线和加速器。想学更多XAFS知识请看历史内容！

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同步辐射装置由注入器和储存环组成。注入器用于产生电子束并将电子加速至高能状态。储存环呈环形结构，用于累积加速后的电子。当储存环能量超过约5千兆电子伏特（5 GeV）时，该装置被称为大型同步辐射装置。第三代同步辐射装置特指为在专用储存环中最大限度配置插入元件而优化设计的设施。目前全球范围内具有高能储存环（>5 GeV）的第三代大型同步辐射装置共有三处：日本SPring-8（超级光子环）、美国APS（先进光子源）和欧洲ESRF（欧洲同步辐射装置）。

坐落于日本兵库县播磨科学园都市的SPring-8同步辐射装置，是目前全球最高能级的第三代同步光源。其名称源自英文”Super Photon ring-8″，意味着该装置具备产生8 GeV高能光子的尖端性能。

该科研装置于1991年启动建设，由日本文部科学省主导规划，联合日本原子能研究所与理化学研究所共同实施。项目初期投入约合人民币70亿元（按1990年代汇率折算），兵库县政府无偿提供建设用地并协同地方高校、科研单位及企业形成建设联盟。历经六年施工，这个国家级大科学装置于1997年正式投入使用。

日常运营由日本同步辐射研究机构（JASRI）全权管理，该私立非营利组织拥有逾千名员工，其中八成以上为科研及技术人员，承担着装置运维、技术升级、用户服务及前沿研究等核心职能。截至2010年，该设施已建成55个先进光束线站，累计为全球科研机构及工业企业提供了超过十万次实验支持，在材料科学、生命科学、环境工程等领域发挥着重要科研支撑作用。

✅该同步辐射光源可提供从软X射线（光子能量300 eV）至硬X射线（300 keV）波段范围的世界最高亮度辐射，同时具备高能伽马射线（1.5-2.9 GeV）和红外辐射的输出能力。

✅装置最多可配置38个波荡器，各波荡器均可独立运行。

✅特殊长程插入元件安装段长度可达25米（标准段为4.5米），该扩展空间亦可兼容未来先进光源装置的部署需求。

✅配备多类型先进实验终端，包括：中程光束线实验站、放射性同位素实验室及千米级长程光束线实验设施等核心科研平台。

SPring-8（超级光子环）产生的同步辐射光源亮度约为传统X射线源的十亿倍。

SPring-8有38个直段用于安装插入装置。截至2005年10月，其中27个已经被占用。大多数已安装的ID都是真空型的，可在硬X射线区域提供高亮SR。此外，还安装了用于偏振控制的IDs和25 m长的起伏器。

SPring-8是一种以SR作为科学探针进行实验的工具。SR源有两种：弯曲磁铁（提供均匀磁场）和插入装置（使用空间周期性磁场）。

SPring-8中弯转磁铁（BM）的磁场强度为0.679 T，对应的弯转半径为39.3 m，临界能量为28.9 keV。在储存环的一个单元中，安装了两个弯转磁铁。利用弯转磁铁作为光源的束线称为BM束线。部分单元没有B2束线。两个BM束线（B1、B2）中电子束的束流尺寸在水平和垂直方向上具有相似的值，分别为150 μm和10 μm。

插入装置（IDs）是一种产生比BM强得多的SR的仪器，并“插入”在相邻BM之间的直线段中。

SPring-8的加速器主要由四部分组成： 一个1 GeV的直线加速器、一个8 GeV的同步加速器、一个8 GeV的大储存环和一个1.5 GeV的小储存环。这两个存储环以优异的电子束性能在全球先进光源中名列前茅。大储存环用于高明亮X射线，而小储存环用于短脉冲软X射线。

• 直线加速器（Linear Accelerator）

直线加速器段共配置了26个3米长的加速单元，加速电子束能量到1GeV。下图中红色部件为一个四极磁铁，用于聚焦电子束。

它既是同步加速器的预注入器，也是NewSUBARU的注入器。 作为电子发生器的电子枪是热电偶式的，由浸过钡的钨制成。 从电子枪中提取的电子束电压约为 180 kV，脉冲持续时间可在1 ns 和 40 ns之间选择。 电子束在分束器部分聚焦后，由25个加速管加速到1 GeV。 电子束能量通过能源压缩机系统（ECS）减小，然后被送往同步加速器或小储存环。 

直线加速器

• 同步加速器（Synchrotron）

来自直线加速器的电子束通过增强同步加速器加速到8 GeV。同步加速器周长 396 m。在其FODO结构中，偏转磁铁和四极磁铁交替排列。注入、加速和输出以1 Hz的频率重复。谐波数为672。为了将一束电子注入存储环中，配备了射频淘汰系统，淘汰主束团邻近的其它电子束。专用计时系统用于将光束注入存储环的任何所需地址。

同步加速器隧道内部和同步加速器的分支点（左）和光束传输线（右） 

• 大储存环（Storage Ring）

存储环是 SPring-8 光源的环形加速器，周长1436米。其基本结构是由2个偏转磁铁、10个四极磁铁和7个六极磁铁组成的30米长的单元。 单元之间有大约7米和30米的直线节，安装了作为主要光源的插入装置以及束流注入系统、射频加速腔和各种束流诊断系统。直线节总数为44。来自偏转磁铁的同步辐射是从靠近偏转磁铁上游的部分提取的，上游偏转磁铁（B1）的电子束规格和下游磁铁（B2）的略有不同。 电子束以被称为束块的团块为单位四处传播，束块被称为桶。 存储环中有 2436 个桶，电子束可以随时注入并存储在任何一个桶中。  谐波数（桶数）为2436。我们可以选择将电子束注入其中的任何桶。

大储存环可以长时间储存8GeV的电子束，超过百小时。同步辐射消耗的能量通过安装在储存环周围4个无线电站中的加速设备来补给。恒流（top—up）注入方式有效地确保了储存环中束流流强的恒定。 

电子束从输运线SSBT（左）和注入储存环（右）

• 小储存环（NewSUBARU）

为了将同步辐射用于软 X 射线系统的工业用途，1998 年在 SPring-8 基地建造了1.5 GeV 电子存储环 “NewSUBARU”，并通过与SPring-8合作，由兵库大学 LASTI（先进科学和技术工业实验室）负责运行。NewSUBARU储存环周长119米，有两个14米和四个2.6米的直线节。在长直线节分安装了一个11米长的波荡器和一个光学速调管FEL。来自SPring-8直线加速器的 1 GeV 电子束被注入NewSUBARU环形加速器。

NewSUBARU储存环（左）和波荡器（右）

想知道SPring-8的技术参数设置以及更多详细内容可进入下方网站：

http://www.spring8.or.jp/en/about_us/whats_sp8/facilities/accelerators/