同步輻射是速度接近光速的帶電粒子在作曲線運動時沿切線方向發(fā)出的電磁輻射——也叫同步光。這種光是1947年在美國通用電器公司的一臺70Mev的同步加速器中首次觀察到的，因此被命名為同步輻射，但對同步輻射的研究與認識并非從此開始，對于這種高速運動的電子的速度改變時會發(fā)出輻射的現(xiàn)象早就被人們所認識并經(jīng)歷了長期的理論研究，但要從實驗上觀察到這種輻射卻不是一件容易的事，需要有以近光速運動的高能量電子，電子加速器的發(fā)展成為獲得同步輻射的技術基礎。  同步輻射的電子加速器可使高能電子加速到Mev乃至Gev的能量范圍，主要有以下幾種類型：

    直線加速器

    加速電子（或其它帶電粒子）到高速度、高能量的簡單且直接的方法是高壓型加速，增大加速電壓就能使電子加速到很高的速度或能量，這種加速過程需要在高真空或超高真空條件中進行。對于電子，其帶電量為一個電子電菏e，如要將電子加速到幾十Kev的能量就要用幾十KV的電壓，以此類推，在更高的電壓條件下，為避免高壓擊穿須采用強烈的電感應來加速，而且必須在合適的相位范圍內(nèi)使相位相同，否則不僅不能加速還會減速。這種用高頻高電壓加速的粒子流在時間上是一段一段的，脈沖式的，是很窄的粒子流，成為一個個束團。為了利用高電壓來加速，人們把多個中空的金屬筒有間隙的排列在一條直線上，并將高壓高頻交流電源間隔的耦合到各個圓筒上，各個圓筒之間存在高電壓，相位輪流相反，電子在圓筒之間被加速。

   回旋加速器和電子感應加速器

   如果要用直線加速器得到很高的電子能量，整個加速器要做的很長，很不經(jīng)濟。到了20世紀20年代，回旋加速器（cyclotron）和電子感應（betatron）相繼發(fā)明，有了把電子加速到極高能量的可能。回旋加速器是利用高頻感應電壓給電子加速增能和用磁場使帶電粒子做繞圈運動這兩種作用建立起來的。電子在圓形環(huán)中運動，在加速間隙得到加速，所運行的軌道半徑也一步一步增加，以達到加速增能的目的。電子感應加速器是利用電子繞圈內(nèi)的磁通變化所感應出的電場來加速電子。電子手約束磁場的作用基本以不變的半徑繞圓圈，每繞一圈就加速一回，由于電子的速度很快，在不長的時間內(nèi)繞的圈數(shù)很多，故能夠得到很高的能量。

   同步加速器

   1945年 McMillan和Veksler發(fā)明了同步加速裝置。同步加速器由許多C型磁鐵環(huán)狀排列而成，在磁鐵中部安裝了環(huán)型真空盒，在環(huán)的某一段安裝了高頻高壓加速器，電子就在真空盒內(nèi)，在磁鐵的作用下做環(huán)狀運動，經(jīng)過高頻時得到加速。為使加速后的電子仍以相同的半徑作環(huán)形運動，就要改變同步C形磁鐵造成的約束磁場，這就是同步加速器的由來。到了20世紀70年代中期，人們進一步認識到在高能物理中用于對撞實驗的電子存儲環(huán)來發(fā)生同步輻射更合適，因為電子在存儲環(huán)中以一定的能量作穩(wěn)定的回環(huán)運動，這與同步加速器中的電子的能量不斷改變的情況不同，因而能長時間的穩(wěn)定的發(fā)出同步輻射光。隨著電子存儲環(huán)能量的提高，所得同步輻射的波長不斷縮短，從紫外線或軟X射線一直擴展到硬X射線。

    同步輻射較之常規(guī)光源有許多優(yōu)點。比如它頻譜寬，從紅外一直到硬X射線，是一個包括各種波長光的綜合光源，可以從其中得到任何所需波長的光；其中最突出的優(yōu)點是亮度大，對第一代光源，亮度可達10E14~10E15，比之轉(zhuǎn)靶X射線發(fā)生器的特征譜的亮度10E11高出三四個數(shù)量級。高亮度的光強可以做空前的高分辨率（空間分辨，角分辨，能量分辨，時間分辨）的實驗，這些都是用常規(guī)光源無法完成的的，還有同步輻射發(fā)散角小，光線是近平行的，其利用率，分辨率均大大提高；另外還有時間結(jié)構(gòu)、偏振特性，有一定的相干性和可準確計算等等。正因為有以上各種優(yōu)點，它在科學、技術、醫(yī)學等眾多方面解決了一批常規(guī)實驗室無法解決的問題，做出了重大貢獻，世界各國特別是發(fā)達國家對此都十分重視，紛紛建立了自己的同步輻射實驗中心。

    同步輻射是速度接近光速（v≈c）的帶電粒子在磁場中沿弧形軌道運動時放出的電磁輻射，由于它最初是在同步加速器上觀察到的，便又被稱為“同步輻射”或“同步加速器輻射”。長期以來，同步輻射是不受高能物理學家歡迎的東西，因為它消耗了加速器的能量，阻礙粒子能量的提高。但是，人們很快便了解到同步輻射是具有從遠紅 外到X光范圍內(nèi)的連續(xù)光譜、高強度、高度準直、高度極化、特性可精確控制等優(yōu)異性能的脈沖光源，可以用以開展其它光源無法實現(xiàn)的許多前沿科學技術研究。于是在幾乎所有的高能電子加速器上，都建造了“寄生運行”的同步輻射光束線及各種應用同步光的實驗裝置。至今，同步輻射裝置的建造及在其上的研究、應用，經(jīng)歷了三代的發(fā)展。

    同步輻射的特點：

    ①光譜連續(xù)且范圍寬，由于同步輻射是非束縛態(tài)電子的輻射，所以它的光譜是連續(xù)的，從遠紅外、可見光、紫外直到硬X射線（104～10-1埃)。②輻射強度高，在真空紫外和X射線波段，能提供比常規(guī) X射線管強度高103～106倍的光源，相當于幾平方毫米面積上有100千瓦的能流。③高度偏振，同步輻射在電子軌道平面內(nèi)是完全偏振的光，偏振度達 100%；在軌道平面上下是橢圓偏振；在全部輻射中，水平偏振占75%。④具有脈沖時間結(jié)構(gòu)，同步輻射是一種脈沖光，脈沖寬度為0.1～1納秒，脈沖間隔為微秒量級（單束團工作）或幾納秒到幾百納秒范圍內(nèi)可調(diào)（多束團工作）。⑤高度準直，能量大于10億電子伏的電子儲存環(huán)的輻射光錐張角小于1毫弧度,接近平行光束，小于普通激光束的發(fā)射角。⑥潔凈的高真空環(huán)境,由于同步輻射是在超高真空(儲存環(huán)中的真空度為10-7～10-9帕)或高真空（10-4～10-6帕）的條件下產(chǎn)生的，不存在普通光源中的電極濺射等干擾，是非常潔凈的光源。⑦波譜可準確計算，其強度、角分布和能量分布都可以精確計算。

    同步輻射在基礎科學、應用科學和工藝學等領域已得到廣泛應用：①近代生物學，例如測定蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu),通過X射線小角散射可研究蛋白質(zhì)生理活動過程和神經(jīng)作用過程等的動態(tài)變化，通過X射線熒光分析可測定生物樣品中原子的種類和含量，靈敏度可達10-9克/克。②固體物理學,可用于研究固體的電子狀態(tài)、固體的結(jié)構(gòu)、激發(fā)態(tài)壽命及晶體的生長和固體的損壞等動態(tài)過程。③表面物理學和表面化學，可用于研究固體的表面性質(zhì)，如半導體和金屬表面的光特性；物質(zhì)的氧化、催化、腐蝕等過程的表面電子結(jié)構(gòu)和變化。④結(jié)構(gòu)化學，可用于測定原子的配位結(jié)構(gòu)、大分子之間的化學鍵參數(shù)等，如對催化劑、金屬酶的結(jié)構(gòu)測定。⑤醫(yī)學，可用于腫瘤的診斷和治療，如測定血液內(nèi)一些元素的含量、血管造影、診斷人體內(nèi)各種腫瘤和進行微型手術以除去人體特殊部位的一些異常分子等。⑥光刻技術，由于衍射效應，普遍采用的紫外線光刻的最小線寬約2微米，而同步輻射光近似平行光束,用于光刻時其線寬可降至20埃，使分辨率提高幾個數(shù)量級；這對計算機、自動控制和光通信技術等意義重大。