--- title: "同步辐射的光怎样送到样品上" description: "狭缝选方向，晶体选能量，镜面把光会聚到样品。沿途少掉的光，正是光束线如何工作的线索。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/synchrotron-beamline/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/instruments/synchrotron-beamline/" last_modified: "2026-11-12" --- [物理仪器怎样测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/) # 同步辐射的光怎样送到样品上 样品只有针尖那么大，研究者却要让一束 X 射线准确落到它上面，还希望每个光子的能量接近相同。光源提供很多光，光束线负责从中选出实验需要的部分。样品收到多少，得沿着整条路来算。 Sandbox Physics · 2026-11-12 ## 先让电子反复转弯 储存环里的高速电子经过磁场时，飞行方向会改变，并发出光。沿一段直线排上交替磁极，电子便轻轻左右摆动。这样的装置叫波荡器；电子前进时，每一段摆动都贡献一小段辐射。 在合适的方向与光子能量上，这些光的振动会叠加增强，于是能量分布里出现突出的峰。另一些能量处也能增强，形成更高次的谐波。调磁场可以移动这些峰，实验因而有机会选到所需的 X 射线。 来源：[1] [2] ## 狭缝同时筛选方向和能量 把两块挡板之间的开口关小，一部分光就撞在挡板上。离光源很远时，这个小窗口主要接受较窄的一段飞行方向。波荡器发出的光，能量和方向又彼此相关，选方向也会改变通过窗口的能量分布。 每秒通过指定窗口的光子数叫通量。描述谱亮度，还要说明光来自多大的源区、分布在多窄的方向和能量范围里。另一个词“相干性”描述光场振动之间的关系；要判断它，需要光场或干涉的信息。 来源：[3] ## 两块晶体选出一小段能量 晶体内部的原子排成一层层规则平面。X 射线从不同晶面散出，走过的路稍有差别；当这个差别恰好对得上波长，反射就增强。这是布拉格反射。转动晶体，会改变满足条件的波长，也就改变选出的光子能量。 双晶单色器让光连续反射两次。第一块晶体选能，第二块把方向转回去。若要换能量后出口仍在同一高度，第二块还得沿着合适的方向移动。单独把它转偏一点，可能同时损失光子、偏移出射束；下游样品便会缺光。 $$ 2d\sin\theta=n\lambda $$ d 是晶面间距，θ 是光线与晶面的夹角，λ 是波长，整数 n 表示反射级次。相同角度可对应不同级次，因此能量读出也很重要。 来源：[4] [5] ## 镜面把光送到焦点 硬 X 射线通常要贴着镜面，以很小的角度掠过，才能得到有用的反射。弯曲的镜面逐渐改变光的方向，让它在下游会聚。常见的 KB 聚焦系统用两面镜子，分别控制水平和垂直方向。 焦点附近，光挤在较小的区域；样品沿光路移开，看到的束斑便可能变宽。镜子的长度和宽度有限，涂层也不会反射全部入射光。小束斑、能量范围与送达通量，都要放在同一条光路上权衡。 来源：[6] [7] ## 最后量的是样品改变了多少光 测透射时，先量空束，再放入样品，之后再量一次空束。前后空束接近，才适合把样品读数与它们比较。探测器的效率、电子学响应和采集时间，也要靠独立参考换算。 样品更厚，通常会有更少的光留在原来的前进方向。知道材料和光子能量后，透射变化能帮助估计厚度。其中既有吸收，也有散到别处的光；要算样品实际吸收了多少热，还需要更多信息。 来源：[8] ## 光束线围着实验来设计 不同实验会需要不同的能量范围、束斑与样品环境，因而同一座光源会配备多条光束线。以 HEPS 为例，2026 年 10 月 12 日的用户征集通知列出 11 月 30 日截止，预计从 2027 年 2 月安排实验。这是当时公布的安排；具体实验能用什么条件，仍要看各线站的开放说明。 来源：[9] ## [沿光束线追踪光子](https://sandboxphysics.com/zh/labs/synchrotron-beamline/) 转偏第二块晶体，比较样品收到的光、屏图与侧计数。 给定电子源与有限光学元件的教学模型；测量读出使用独立参考，模型精度限制单独保留。 ## 来源与延伸阅读 1. [ESRF · How does a synchrotron work?](https://www.esrf.fr/home/education/what-is-the-esrf/how-does-the-esrf-work.html) 核读储存环、交替磁极插入件和实验光束线的说明。这里只采用部件角色，不引用页面中的亮度倍数。 2. [Kwang-Je Kim · X-Ray Data Booklet, §2.1](https://xdb.lbl.gov/Section2/Sec_2-1.html) 核读周期磁结构、波荡器谐波和有限方向接受范围。 3. [Sanchez del Rio & Reyes-Herrera · Modelling undulators in ray tracing simulations (2025)](https://journals.iucr.org/s/issues/2025/02/00/yn5118/index.html) 核读 §2.1–2.4：角度与光子能量的关联、电子束尺寸和能散、光场反传与光线近似的范围。 4. [James H. Underwood · X-Ray Data Booklet, §4.1](https://xdb.lbl.gov/Section4/Sec_4-1.pdf) 核读晶体部分与布拉格条件；采用晶面相长反射的解释，不移用表内历史晶格值。 5. [ESRF BM05 · Two-crystals Monochromator](https://www.esrf.fr/home/UsersAndScience/Experiments/BM05/BeamlineGuide/OpticsHutch/TwoCrystalsMonochromator.html) 核读固定出口双晶几何，尤其是随角度变化而平移的第二晶体。 6. [Eric M. Gullikson · X-Ray Data Booklet, §4.2](https://xdb.lbl.gov/Section4/Sec_4-2.html) 核读掠入射反射率、复折射率与表面粗糙度的说明。 7. [ESRF BM02 · KB Mirrors](https://www.esrf.fr/home/UsersAndScience/Experiments/CRG/BM02/equipment/kb-mirrors.html) 核读两面镜子分别进行水平和垂直聚焦；不将该线站的束斑或通量当作教学模型性能。 8. [NIST · X-Ray Mass Attenuation Coefficients, §2](https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/chap2.html) 核读指数衰减式、质量厚度定义及总衰减中散射与吸收的区分。 9. [IHEP · HEPS second general-proposal call (12 October 2026)](https://english.ihep.cas.cn/heps/user/202610/t20261012_1202300.html) 2026 年 11 月 12 日核读征集截止日与预计实验安排；未把计划当作已完成实验。 [游标怎样读出毫米的零头](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/length-metrology/) [空气也会托住天平上的物体](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/precision-balance/) [Cavendish 怎样量出两个球的引力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cavendish-balance/) [液柱究竟在量哪一边的压强](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/manometer/) [杯子也在吸热，怎样量出样品的比热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/calorimeter/) [旋转流变仪为什么要同时量转速和扭矩](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/rotational-rheometer/) [管口外的空气怎样改变共振](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resonance-tube/) [地震仪怎样从机壳里的运动读出地面](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/seismometer/) [电表接上以后，电压为什么变了？](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/electrical-meters/) [检流计归零时，电阻怎样显出读数](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resistance-bridges/) [电容为什么也会像电感](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lcr-impedance/) [示波器上的慢波是怎样冒出来的](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/digital-oscilloscope/) [锁相放大器怎样找出埋在噪声里的信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lock-in-amplifier/) [频谱里的小峰会从哪里来](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectrum-analyzer/) [网络分析仪怎样把电缆和器件分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/vector-network-analyzer/) [石英晶体慢了，怎样判断它是否变重了](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quartz-microbalance/) [交叉色散怎样把重叠的谱阶铺开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/echelle-spectrograph/) [只量总亮度，怎样分出许多颜色](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ftir-spectrometer/) [用一束光量出溶液有多浓](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/) [椭偏仪怎样从反射光里读出薄膜厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectroscopic-ellipsometer/) [偏振仪怎样看出样品把光混在了一起](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/mueller-polarimeter/) [一颗颗光子怎样告诉我们荧光寿命](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/tcspc-fluorescence-lifetime/) [布里渊显微镜怎样用光听见材料里的声波](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/brillouin-microscope/) [白色积分球怎样比较一盏灯的总输出](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/integrating-sphere-radiometer/) [粉末的圆环怎样显露原子间距](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/powder-xray-diffractometer/) [小角X射线散射怎样从光晕看颗粒](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/small-angle-xray-scattering/) [X 射线荧光为什么要看样品厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-fluorescence-spectrometer/) [原子力显微镜扫出的凸起为什么会变宽](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/atomic-force-microscope/) [小压痕怎样分开硬度与弹性](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nanoindenter/) [差示扫描量热怎样读懂一个熔化峰](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/differential-scanning-calorimeter/) [热重分析怎样把失重与气体托力分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/thermogravimetric-analyzer/) [金刚石对顶砧怎样从红宝石的光读出压力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/diamond-anvil-cell/) [金刚石怎样从荧光里读出磁场方向](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nv-center-magnetometer/) [用光听见原子在磁场里的节奏](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optically-pumped-magnetometer/) [让激光跟着原子走时](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optical-lattice-clock/) [Kibble 天平怎样用两次实验测质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/kibble-balance/) [稀释制冷机怎样一直搬走极低温的热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/dilution-refrigerator/) [泵很大，为什么样品旁边还抽不干净](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ultra-high-vacuum-system/) [怎样用微波读出超导量子比特](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/superconducting-qubit-readout/) [电流怎样在薄片两侧留下电压](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/four-probe-hall/) [离子跑一段路，怎样量出质荷比](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/time-of-flight-mass-spectrometer/) [四根直杆怎样筛选离子的质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quadrupole-mass-filter/) [不停变向的电场怎样留住离子](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/paul-ion-trap-mass-spectrometer/) [回旋加速器怎样让质子赶上下一次加速](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cyclotron-synchrocyclotron/) [射频直线加速器为什么把管子越排越长](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/radio-frequency-linac/) [小束斑里还藏着飞行方向](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/beam-diagnostics/) [散焦磁铁怎样帮助束流绕环运行](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/synchrotron-storage-ring/) [每次碰撞都有信号，为什么只留下少量事件](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/collider-trigger-daq/) [自由电子激光怎样把电子排成发光的队伍](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-free-electron-laser/) [用中子的飞行时间看样品怎样交换能量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/pulsed-neutron-time-of-flight/) ## 继续阅读 物理仪器怎样测量 · 阅读路径 ### 物理仪器怎样测量 1. [文章 **游标怎样读出毫米的零头**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/length-metrology/) 2. [文章 **空气也会托住天平上的物体**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/precision-balance/) 3. [文章 **Cavendish 怎样量出两个球的引力**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cavendish-balance/) 4. [文章 **液柱究竟在量哪一边的压强**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/manometer/) 5. [文章 **杯子也在吸热，怎样量出样品的比热**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/calorimeter/) 6. [文章 **旋转流变仪为什么要同时量转速和扭矩**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/rotational-rheometer/) 7. [文章 **管口外的空气怎样改变共振**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resonance-tube/) 8. [文章 **地震仪怎样从机壳里的运动读出地面**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/seismometer/) 9. [文章 **电表接上以后，电压为什么变了？**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/electrical-meters/) 10. [文章 **检流计归零时，电阻怎样显出读数**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resistance-bridges/) 11. [文章 **电容为什么也会像电感**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lcr-impedance/) 12. [文章 **示波器上的慢波是怎样冒出来的**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/digital-oscilloscope/) 13. [文章 **锁相放大器怎样找出埋在噪声里的信号**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lock-in-amplifier/) 14. [文章 **频谱里的小峰会从哪里来**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectrum-analyzer/) 15. [文章 **网络分析仪怎样把电缆和器件分开**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/vector-network-analyzer/) 16. [文章 **石英晶体慢了，怎样判断它是否变重了**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quartz-microbalance/) 17. [文章 **交叉色散怎样把重叠的谱阶铺开**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/echelle-spectrograph/) 18. [文章 **只量总亮度，怎样分出许多颜色**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ftir-spectrometer/) 19. [文章 **用一束光量出溶液有多浓**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/) 20. [文章 **椭偏仪怎样从反射光里读出薄膜厚度**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectroscopic-ellipsometer/) 21. [文章 **偏振仪怎样看出样品把光混在了一起**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/mueller-polarimeter/) 22. [文章 **一颗颗光子怎样告诉我们荧光寿命**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/tcspc-fluorescence-lifetime/) 23. [文章 **布里渊显微镜怎样用光听见材料里的声波**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/brillouin-microscope/) 24. [文章 **白色积分球怎样比较一盏灯的总输出**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/integrating-sphere-radiometer/) 25. [文章 **粉末的圆环怎样显露原子间距**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/powder-xray-diffractometer/) 26. [文章 **小角X射线散射怎样从光晕看颗粒**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/small-angle-xray-scattering/) 27. [文章 **X 射线荧光为什么要看样品厚度**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-fluorescence-spectrometer/) 28. [文章 **原子力显微镜扫出的凸起为什么会变宽**](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/atomic-force-microscope/) 29. 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