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[[File:Syncrotron.png|thumb|来自弯曲磁体的同步光]] [[File:Undulator (numbers).svg|thumb|来自波荡器的同步辐射]][[File:Emmaalexander synchrotron.png|thumb|right|宇宙物体以极高速度旋转时产生的同步辐射]]

'''同步辐射'''（{{lang-en|synchrotron radiation}}），又称'''同步加速器辐射'''，或'''同步光'''<ref>{{Cite web|title=同步辐射简介----中国科学院重大科技基础设施共享服务平台|url=https://lssf.cas.cn/lssf/hftbfs/kppd/201601/t20160120_4519277.html|access-date=2023-09-15|website=lssf.cas.cn|archive-date=2023-06-05|archive-url=https://web.archive.org/web/20230605111006/https://lssf.cas.cn/lssf/hftbfs/kppd/201601/t20160120_4519277.html|dead-url=no}}</ref>，是[[带电粒子]]的運動速度接近光速（''[[速度|v]]''≈''[[光速|c]]''）在[[电磁场]]中偏转时，沿運動的切線方向发出的一种[[电磁辐射]]，最先在[[同步加速器|电子同步加速器]]上发现，故得此名。它与[[回旋辐射]]（由[[回旋加速器]]产生的辐射）类似，区别是同步辐射中的电子速度更高，已接近光速，要考虑相对论效应。<ref name=Bekefi>{{citation|last1=Bekefi|first1=George|last2=Barrett|first2=Alan|title = Electromagnetic Vibrations, Waves, and Radiation|publisher = MIT Press|location = USA|isbn=0-262-52047-8|year=1977}}</ref>{{rp|290ff}}

由于[[重子]]的[[静止质量]]比[[电子]]大三个[[數量级]]以上，即使在[[TeV]]级的[[质子]][[同步加速器]]中，因同步辐射造成的能量损失依然是不重要的。而对[[MeV]]级的电子同步加速器，同步辐射已十分显著。同步辐射使粒子在横向和纵向的振荡[[阻尼]]，并与[[量子起伏]]达到平衡态。这也是为什么电子同步加速器中束流易于稳定和束流发射度较小且不依赖于入射束性能的原因。

由于同步辐射造成的能量损失是阻碍电子同步加速器能量提高的主要因素。同时又发现它具有宽阔的连续[[光谱]]、高度的[[准直性]]和[[偏振性]]等特点，加上高功率和高亮度，使[[电子储存环]]成为一种性能优异的新型强光源而得到广泛应用。同步辐射又是[[天体物理]]中的一种重要[[辐射机制]]。

== 同步辐射的功率 ==

同步辐射的总[[功率]]可以表示成：

:<math>P=\frac{2}{3}\frac{e^2c}{\rho^2}\beta^4(\frac{E}{mc^2})^4</math>

其中，ρ是粒子运动的轨道半径，运动速率<math>\beta=v/c</math>。上式表明，对于给定轨道半径和速率的粒子，其同步辐射的功率与粒子[[能量]]的四次方成正比，與[[質量]]的四次方成反比。

在给定磁场的情况下，同步辐射的总功率可以表示成：

:<math>P = \frac23r_0^2c\gamma^2\beta^2B^2\sin^2\alpha = 1.6\times10^{-15}\gamma^2\beta^2B^2\sin^2\alpha\quad(\mathrm{erg/s})</math>

上式采用[[高斯单位制]]，<math>\gamma=(1-\beta^2)^{-1/2}</math>，<math>r_0=e^2/m_0c^2</math>是{{tsl|en|Classical electron radius|电子经典半径}}，α是电子速率与磁场的夹角。可见，对于相对论性电子，β≈1，同步辐射的功率与电子能量γ的平方成正比。对于具有各向同性速度分布的电子，平均辐射功率：

:<math>\bar{P} = \frac49r_0^2c\gamma^2\beta^2B^2 = 1.1\times10^{-15}\gamma^2\beta^2B^2\quad(\mathrm{erg/s})</math>

== 同步辐射的谱分布 ==

在圆轨道的情况下，同步辐射的谱分布与[[回旋辐射]]类似。

== 同步辐射的辐射寿命 ==

电子由于同步辐射而损失能量。损失大部分能量的时间为同步辐射的辐射寿命：

:<math>t=E/P\simeq\frac{5\times10^{8}}{\gamma\beta^2B^2\sin^2\alpha} = \frac{8.7\times10^{11}}{B^{3/2}\nu_m^{1/2}\sin^{3/2}\alpha}</math>

== 参考文献 ==
{{Reflist}}

== 参见 ==
* [[同步加速器]]
* [[同步辐射光源]]

{{-}}
{{电磁辐射}}
{{Authority control}}
[[Category:同步輻射]]