Re: [新聞] 李遠哲:台灣光子源缺戰鬥機 小英:聽懂了消失
※ 引述《ken24769 (R.K.)》之銘言：
: 看了下面的回文發現很多人對這個東西的用途有些困惑
: 最近對加速器這東西剛好有一些瞭解
: 用淺薄的知識配合一些人家做的動畫獻醜一下
: 台灣光子源(TPS)是一台同步加速器
: 他是一種環形的粒子加速器
: 大家常聽到的LHC大強子對撞機就是這種形式的加速器
: 透過電子槍、增能環注射電子進儲存環加速粒子
: 儲存環的軌道是超高真空的軌道
: 並利用很多的電磁鐵跟一個高頻電場系統組成
: 儲存環再利用高頻電場加速粒子並利用電磁鐵磁場改變粒子方向
: 使粒子可以在儲存環裡面一直繞繞繞達到加速的目的
: 或許這樣說還是有點抽象
: 蘋果日報的TEDEd剛好翻譯了個影片解釋了環形加速器的原理
: 請看：http://www.appledaily.com.tw/teded/article/238/rnews/20160217/797113
: 但TPS的使用方式跟LHC的使用方法不太一樣
: LHC的主要目的是要讓粒子對撞來進行實驗的
: TPS主要是要使用從加速器放出來的光源來進行實驗
: 當電子加速到接近光速又受到磁場偏轉時
: 會從切線放出電磁波
: 光也是電磁波頻譜中的一部分
: 而同步加速器所放出來的電磁波波長連續
: 涵蓋了伽瑪、X光、可見光一直到無線電波都有
: 而每條光束線(就是李遠哲所說的戰鬥機)會拉出某個波段來用
: 可以用這個波段做實驗
: 這種同步輻射光源亮度、同調性、聚焦性都非常高
: 可以用來做半導體、藥物、蛋白質結構、生醫影像甚至是星際化學等等的實驗
: 是現代科學研究很重要的一個工具
: 至於目前七條實驗站裡面長怎樣，可以參考台灣光子源的用戶手冊：
: http://www.nsrrc.org.tw/NsrrcWebSystem/UPLOADS/CHINESE/CALENDAR/final_20160524.pdf
: 瞭解不多，可能八卦版高手雲集有學界先進更瞭解
: 有錯誤還煩請指出
: 台灣光子源是台灣從設計到研發都自己來的加速器
: 要讓電子在儲存環裡面繞需要超高真空、超低溫、低震度...等
: 從光子源建築結構就下了不少功夫
: 從試車成功後就登上了很多國際期刊的封面
: 算是台灣基礎科學發展上的一大助力吧XD
幫補充一下所謂同步輻射大概幹嘛
輻射是什麼?
輻射不是核電廠爆炸的那個輻射，它還有另一個名字─電磁波
講電磁波、輻射大家可能心底就怕怕的，尤其是主婦聯盟那票更怕
但別怕別怕，這裡的輻射沒那麼恐怖，它是指我們生命不可或缺的一樣東西──光
光分有好多種，下圖是常見的光譜圖
http://pansci.asia/wp-content/uploads/2015/06/p90i-560x358.png
根據不同的波長(或頻率，兩者相乘等於光速)可分類成許多種光，像是紅外線紫外線X光
而不同的頻率也代表他們帶有不同的能量
根據公式
E = hν (h為普朗克常數 ν為頻率)
我們可以計算他們的能量，單位為eV(電子伏特)，大家看到LHC又提高多少能量就是這個
說那麼多，這輻射能幹嘛呢?
這次的主角同步輻射的功能很多，可以拿來探測電子行為，或晶體結構等等
簡單來說，就是超強的顯微鏡
對科學家而言，顯微鏡是再重要也不過的，而同步輻射就扮演了這樣的角色
但直接這樣講，大家大概還是不太懂吧?
在此有幾個簡單的舉例，還請大家稍微回想一下高中課程
狹縫實驗
各位還記得狹縫實驗嗎? 這肯定是高中物理最痛苦的一段了
在這段裡面，應該會做的實驗有雙狹縫實驗、水波槽實驗等
實際上......大概都沒做XD 所以這裡幫大家複習一下，在沒有數學的情況下進行
這是水波槽實驗
https://www.youtube.com/watch?v=fkqh4SW-u0Q
透過改變障礙物的長度、形狀，我們獲得水波的形狀也有所不同
而這是雙狹縫干涉實驗
http://www.scu.edu.tw/physics/science-scu/M302/19.files/image036.jpg
簡單來說就是雙狹縫根據其狹縫間距、寬度等因素，在遠方投影的光強度分布也不同
這實驗除了波的繞射干涉以外，還有其他更玄妙的性質，如路徑積分阿什麼的
這裡暫且不提
再來是單狹縫實驗
http://i.imgur.com/ZRl4HPc.jpg
這在結果上和雙縫實驗差不多
同樣我們可以藉由不同的狹縫寬度，獲得不同的光強度分布
這些實驗都有個共通點，不知道各位有沒有發現呢?
沒錯，那就是他們之所以會得到不同的繞射圖形，全是因為改變了結構
什麼的結構呢? 像是雙狹縫和單狹縫的狹縫數即是一種結構的改變
不同的結構帶來了不同的繞射圖形，因此我們可以藉由分析繞射圖形來得知物質的結構
透過把輻射打到材料上進行繞射，我們可以得到漂亮的繞射圖形
http://i.imgur.com/aeinkxE.jpg
這裡同樣省去數學，想看詳細的可以去wiki，不會太難
布拉格繞射可以想像成反射定律的延伸
一道光打入物質中，對於不同角度可能會出現不同的反射強度
類似這張圖 http://i.imgur.com/cpaRZGy.jpg
藉此可以分析晶體原子間的間距
以上大概是簡單的複習，由此可見輻射可以作為超強顯微鏡使用
但說是很簡單，實際上做起來卻不那麼簡單
聰明的各位應該想到了，以上的繞射實驗都有著不少的條件
其中最重要的莫過於要同調、同相
大家可以回顧一下上面的圖片，如果那些波是長這樣
http://i.imgur.com/ODn8w71.png
那可是個大災難阿，要算出這種光源的繞射圖形是很頭大的事
但別擔心，我們有雷射可以避免這種災難發生
雷射具有很好的光學特性，讓科學家們得以進行很多研究
然而雷射終究還是有其限制，也就是它的解析能力不夠
在布拉格繞射中，我們可以從它的公式中發現，如果我們想看得越細，就需要越小的波長
也就是越高的頻率，同時也代表了更高的能量
在普通情況下，要研究晶體結構，必須要使用到X光等級才行
這樣的能量是雷射所無法產生的，因此我們需要用到其他種方式產生這麼高能量的波
同步輻射便提供了具有良好同調性的X光，而且台灣光子源的強度將可是世界最亮
因此更適合拿來探測晶體的結構等特性
除此之外，同步輻射還可以用作測量樣品的吸收光譜
什麼是吸收光譜咧?
各位高中時應該也都有學過，氫原子中的電子軌道是具有能階的
http://i.imgur.com/9h2L0Kn.jpg
電子在不同的軌道間跳來跳去，放出或吸收能量都是以電磁波的途徑進行
而不只是氫原子，各種元素都有著自己的能階
於是我們可以藉由觀察打入樣品中輻射的吸收光譜，來分析這樣品中的元素組成
http://www.nsrrc.org.tw/chinese/img/Industrial1_img02.jpg
除此之外同步輻射還有許多強大的功能，時間晚了先擱著了
有興趣的可以上同步輻射中心的網站查詢
如果您直接END了，那也沒關係
這裡有連結 http://www.nsrrc.org.tw/chinese/Industrial12.aspx
各位鄉親啊，連GG也在用同步輻射了，這東西也挺有用的不是嗎?
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