环形加速器中的相对论带电粒子可以发射出从X射线直到远红外波长范围的电磁辐射。许多技术特别是X射线散射、光谱和紫外线发射等可以开拓利用它的高强度、可调性和准直能力。
最近十年，同步辐射源在世界上有了很大发展。这种辐射的强度高，可调性好，可用来进行化学、物理、生物和材料科学方面的许多新实验。用在X射线晶体学研究中，可以收集几微米大小的很小样品和短至一毫秒时间的数据。用其它技术能探查重要技术材料中的杂质和金属蛋白中金属原子的局部结构。同步辐射（SR）还不仅对紫外光区而且对X射线能区的表面化学有着重大影响。
同步加速器辐射（SR）是一种电磁辐射的强白色源，它是由围绕环形加速器（如同步加速器和贮存环）以相对论速度运行的带电粒子产生的。理想的同步辐射源（SRS）是贮存环，当电子注入并俘获在加速器轨道后它们靠恒定磁场保持固定能量长达许多小时之久。这些粒子发射出的X射线功率利用速调管的射频功率补充。速调管经过射频腔与电子束耦合。SP具有几种特性，其中最重要的有：
（1）强度：在现有的SRS上，白色辐射强度比最强的实验室X射线源——旋转阳极产生的高出104 ~ 106倍。
（2）可调性：波长谱带非常宽，可用范围从硬X射线到微波。此外，SR谱平滑，而实验室源得到的发射谱是断续的，有若干条特征谱线。
（3）准直：光束高度准直、即在加速器平面上它的角发散很窄，典型值只有0.01 ~ 0.02°。磁技术的发展还使束流的水平发散大大降低。
（4）偏振：在X射线波长上，光束在加速器平面内偏振95%以上。
（5）时间结构：射频耦合把粒子束打碎成若干串（电子包），以致光的发射成为一系列持续时间＜10-9秒的脉冲。
现在全世界已有几台加速器建成SRS，表中列出了其中部分，同时列出了拟建的新源。英国已在Daresbury实验室建成了。该贮存环的电子束为2 GeV，由—系列1.2忒斯拉磁铁组成。这些磁铁把电子束流弯曲成5 m的半径，从而发射出电磁辐射。另外还有称之为“摇摆器”（Wiggier）和波荡器（Undulator）的磁器件插在弯曲磁铁间，可以交替改变电子束的弯曲半径。因此、白连续区内的峰可以位移到更短或更长的波长。在此SRS上，一个超导5忒斯拉摇摆器磁铁产生波长0.1 ?的硬X射线。由0.3忒斯拉永久磁铁组成的波荡器发出10 ~ 100 ?范围的强辐射。
束流被常规磁铁弯曲时发出的二极辐射同插入器件摇摆器和波荡器发出的辐射是有差别的。二极辐射发自单一的电子束轨道元件。而在插入器件上，使电子束振荡的许多元件都会产生辐射。电子束在摇摆器磁铁中的弯曲是严重的，而由此振荡器产生的总强度是相加性的，也就是与振荡器的数目N成正比。波荡器磁铁使电子束偏转、但小于引起运行电子与它发射的光子间产生干涉效应的光子开角。结果，同步辐射发射连续区被打碎成一谐波系。因此，波荡器辐射可能是似单色性的，而且在该器件的谐波处其强度可能接近于N2。
基本的仪器设备
由于SR是白色的，在SRS上的一个典型实验需要—台窄谱带通行单色仪。在X射线波长处（λ＜15 ?）用晶体，在紫外光区用光栅。由于中间介入的屏蔽重，源与实验点间分开的距离就大，因此常常要聚焦，通常可在波长分辨力无可观损失的情况下实现。有时用弯曲衍射元件或圆柱镜，或二者兼用。在X射线波长，达到总的外反射的临界角很小（Qc＜0.5°），需用长达1米的镜。在紫外光区，临界角大得多，镜较短，通常需要用水冷却，因为被吸收的X射线产生相当可观的热量。
对于不需辨别能量的光束，一般用组合装置——离子室、光二极管阵和照相板来探测。如果必须进行能量分析，则用光放大器、正比计数器和通道器、固体探测器。但是，这些探测器在104 ~ 106计数/秒范围内受到饱和极限的限制，就SR实验而言，这就限制它们只能用于研究弱散射过程。把多个探测器堆积在一起，情况就会有所改善，潜在计数率就更高些。
如果准直时强度有损失，则不到10-3的角色散是可能的。由于这同X射线单色仪的高光谱分辨力的配合，在衍射实验中就有可能得到很窄的分辨良好的布喇格峰。另一方面在样品可能限制其分辨力的小角X射线衍射中，使X射线光学装置与实验相匹配，就有可能进行动态测量。高强度聚焦X射线和紫外光束意味着可以处理稀释体系——亚单层吸收体、PPm水平的杂质、蛋白溶液和微晶。在SRS上，折衷考虑强度与其它因素可以得到如下好处：实时衍射和光谱，提高稀释体系的光谱灵敏度，增强表面衍射和光谱的灵敏度，弱散射体的X射线衍射，改善成像的空间分辨力，降低数据收集时间，高波向量分辨力，极好的能量分辨力。
用来开发利用现有SRS的仪器设备是以用在其它科技领域的光学部件、样品操作和探测器为基础的。例如，X射线单色仪的完美晶体是用半导体工业区域精制Si切割出来的；X射线和紫外镜是用为激光光学和X射线天文学发展起来的技术抛光和制造出来的。毫无疑义，SRS的新发展将开始超越现有仪器设备的能力。但这更多的是一个财政问题，而不是技术问题。
相关技术
SR的应用价值已导致新技术的发展，也强化了较传统的方法，例如X射线晶体学，SR装置产生了新型的结构研究。可以列举以下例子说明。
（1）从很小的微晶（也许只有5 ~ 10 μm大小）收集单晶数据，这样小的微晶用常规的X射线源往往不能进行研究。收集这些数据应能精确测定从蛋白到工业矿物这样一些体系的结构。例如沸石，它们常常不可能长成大的晶体。
（2）增强粉末衍射研究，利用S只能使布喇格反射得到窄的半宽度和良好的谱线形状。这会大大减少布喇格峰重叠问题，这个问题限制了利用实验室源作粉末衍射的效用。
（3）原子X射线散射因子随靠近吸收边缘的波长而变，利用这种反常的色散现象可探测到宝贵的定相信息，并能通过调其结构因子阻止单个原子对此现象作出贡献。事实表明反常色散在无定形固体研究中特别有用，我们正在进行一项令人激动的工作，即对镍/Zr玻璃结构的研究。
（4）现在用SR有可能快速收集数据，研究与时间有关的现象。例如，最近通过收集一系列分别在不到一分钟内测量的衍射图样研究了水泥水合初期阶段伴随产生的结构变化。X射线探测器有了些新发展，能在广泛角度范围内收集数据，事实表明它们是推动这方面研究的关键。
（5）利用小入射角（ ~ 0.5°）就有可能把衍射效应限制在接近表面的原子层。这样的实验用SR时是可行的。解释这种数据很可能比传统的表面衍射技术——低能电子衍射（LEED）的更直截了当。
（6）X射线拓扑学是另一种结构分析技术，近年来的进展和发展以同步辐射研究占支配地位。拓扑结构研究能把固体中的缺陷例如断错成像，这在阐明固体反应中有很大价值。
（7）扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）是待在SRS上开发的最成功的技术之一，在这中间我们观察到在X射线吸收边缘周围有精细结构。引起这种结构的因素，是吸收X射线光子产生的出射光电子同它被周围原子反散射的那部分之间的干涉效应。照此它可给出吸收原子局部结构的信息，当材料是玻璃或错乱晶体时，衍射研究不可能获得这种信息。因此，这种技术已用于研究玻璃结构、固体中杂质环境的测定，还用于阐述金属蛋白中金属的结构细节和多相催化。
前景
首先投身于下一代SRS研究的是欧洲的科学家。随着达拉斯堡、柏林、奥赛等地几台机器的落成，7年前就制定了建一台高能低发射贮存环的计划。该机将在1986/87年开始在法国格勒诺布尔动工兴建并在九十年代完工。这个欧洲同步辐射装置（ESRF）将是一台电子机，电子能量为5 Gev，其亮度比现有的高出几十倍。更重要的是，它将比迄今建起的任何一台都要大得多，它有64块弯曲磁铁，总圆周776 m。相比之下，SRS只有16块弯曲磁铁，圆周仅94 m。之所以达到这样高能量、亮度和大小的首要原因，是在弯曲磁铁的平直部分装进了大量的摇摆器和波荡器。对于5 Gev电子束，波荡器器件增大其强度的谐波落在硬X射线波长上。波荡器将为今后十年提供真正最亮的X射线源。
插入器件和波荡器将使许多模棱两可的实验在ESRF上全然可行。精细结构如痕量元素分析、蛋白晶体学和显微术等技术中有许多将能在更严格的条件下进行，这些条件是高压温度、高磁场和高稀释。一些处于开拓阶段的新实验可能成为研究材料的有效技术。例如莫斯包尔谱、X射线康普顿散射和拉曼散射，X射线磁衍射（至今是中子的领地），表面衍射和光谱。这些技术将在九十年代为化学家提供一系列新的和振奋人心的工具。
[Chemistry in Britain，1986年9月]