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同步輻射加速器

在文檔中 中 華 大 學 碩 士 論 文 (頁 86-90)

大氣科學不僅關係著生物的日常作息,以關乎地球的永續發展。近年來,酸雨、

空氣汙染、臭氧洞等已成為全球共同關注的生態問題,對大氣中氣體物質及其光化學 反應的研究也相形重要。以酸雨的形成為例,主要由人為自然界排放的硫化物在大氣 中經氧化反應後,再以硫酸鹽形式下雨沉澱到地表所造成。硫化物在大氣中進行多重 的氧化反應步驟,其反應中間產物之鑑定及反應機構之研究,是目前大氣化學研究領 域探討的重要課程;同步加速器光源高強度與可調的真空紫外光,正可用來分析氧化 過程中產生的硫原子和中間產物。

圖 C-8 硫化物來源示意

(6) 微機械

微機電視目前各先進國家高科技產業的重要研究方向之一。由於同步加速器 X 光具有高強度且高穿透力的特性,利用所發長之特殊微加工技術(LIGA),可以製造高 解析度、高深寬比(深度為數毫米、線寬達次微米)的微結構,因此微結構械製作成為 同步加速器光源在高科技產業方面非常有利且直接的一項應用。以微光柵分光儀為 例,由於微細的週期性結構會與光波產生的交互作用,得以解析光波的成分與品質,

故可運用於光纖通訊,作為解析與監控光源品質的主要元件;同樣的原理也可應用於 醫學、食品、環境檢測方面,藉由分析待測樣品的吸收或穿透光譜,可以推算其成分 及濃度,而元件微小化後也大幅降低其製作的成本。

Ring)、傳輸線(Transport Line)、儲存環(Storage Ring)三大部份共同組成。其結構如圖 C-9所示。

圖 C-9 國家同步輻射研究中心加速器主要構造[1]

同步輻射光源是以加速電子產生之光源,其工作原理和機制是由增能環、儲存環 與傳輸線共同組成,其中增能環是將電子束能量提昇之重要機構。它是由電子槍產生 140keV 電子束經由直線加速器(Linac)加速後使電子束能量達到 50MeV 再經由偏踢 磁鐵(Kicker)與隔板磁鐵(Septum)作用使電子束注入增能環提昇電子束能量至 1.5GeV 後,再將電子束引出經由傳輸線儲存於儲存環內,供各實驗站用戶出光使用。各主體 功能及規格如下:

(1) 增能環

電子束由電子槍產生後,經過直線加速器加速至能量為五千萬電子伏特,電子束 進入週長為七十二公尺的增能環後,繼續增加能量至十五億電子伏特,速度非常接近 光速(0.99999995 倍)。

表 C-1 注射器規格

圖 C-10 注射器系統

(2) 傳輸線

注射器產生的電子束經由傳輸線進入儲存環,傳輸線的長度為七十公尺。

圖 C-11 傳輸線

(3) 儲存環

電子束進入六邊形設計、周長為一百二十公尺的儲存環後,環內一系列磁鐵導引 電子束偏轉並維持在軌道上,如此一來,電子束便能於每一圈的運行中在偏轉磁鐵切 線方向或插件磁鐵下游放出同步輻射光。由於電子會因輻射而損失能量,因此環內裝 置高頻系統,用來補充電子的能量。

表 C-2 儲存環規格

圖 C-12 儲存環

(4) 光束線

光束線是同步加速器光源與實驗站之間的一座橋樑。理論上,在每一處電子偏轉 的地方或插件磁鐵的直線下游,都可以打開一個窗口,利用光束線將同步加速器光源 導引出來,最後到達實驗站。

圖 C-13 光束線

(5)實驗站

同步加速器光源經由光束線的導引照射到實驗站的詴樣後,研究人員藉由量測反 射、繞射、散射及穿透詴樣的光之強度、能量及詴樣被光子激發出之電子及離子,可 以進一步推斷物質幾何、電子、化學或磁性結構。

圖 C-14 實驗站

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