ALS產(chǎn)生帶有特殊質(zhì)量的主要是X射線(xiàn)的光（右上圖）?？茖W(xué)家們利用這些X射線(xiàn)作為他們開(kāi)展工作的工具，正如牙醫(yī)用X 射線(xiàn)作為工具一樣。
從不同研究項(xiàng)目的許多科學(xué)家可同時(shí)使用ALS。例如，一位科學(xué)家可檢查泥的樣品，尋找微量的有毒污染物，而另一位可同時(shí)研究聚合物，發(fā)現(xiàn)分子是如何排列的。事實(shí)：X射線(xiàn)具有比可見(jiàn)光還短的波長(zhǎng)。但兩者都是光，又稱(chēng)電磁輻射。
為產(chǎn)生科學(xué)家們需要的波長(zhǎng)和亮度的光，ALS的設(shè)計(jì)者們必須創(chuàng)造出一臺(tái)大機(jī)器來(lái)。它最大的部件—儲(chǔ)存環(huán)的直徑為一個(gè)足球場(chǎng)長(zhǎng)度的三分之二。
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電子束以接近光的速度在儲(chǔ)存環(huán)內(nèi)運(yùn)行；
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維持電子束的高能量。
ALS的結(jié)構(gòu)
ALS的直線(xiàn)加速器與同步加速器
ALS的儲(chǔ)存環(huán)與波蕩器
ALS的束線(xiàn)與實(shí)驗(yàn)站
ALS的束調(diào)管
為什么ALS是個(gè)有用的工具？
ALS在電磁光譜的遠(yuǎn)紫外和軟X射線(xiàn)區(qū)產(chǎn)生光。該光的波長(zhǎng)為0.0001微米到0.1微米。
為什么ALS是研究物質(zhì)的良好工具，其原因如下：
原因1
ALS的光可穿透物質(zhì)。正像牙醫(yī)用X射線(xiàn)看你齒齦內(nèi)部一樣，科學(xué)家們利用ALS的光觀(guān)察物質(zhì)的內(nèi)部。
原因2
小于所用光波長(zhǎng)的任何東西都不可能“看到”。所以要研究原子或分子，必須用相當(dāng)或小于它們尺寸的光波。ALS產(chǎn)生的光，其波長(zhǎng)約為原子、分子、化學(xué)鍵的尺寸和晶體中原子位面之間的距離。
原子、化學(xué)鍵和晶體中原子位面之間的距離全為幾個(gè)埃，大約與ALS的光的波長(zhǎng)相同。
原因3
來(lái)自ALS的光子（或光的粒子）具有與原子中許多電子發(fā)生相互作用的恰當(dāng)能量。下面的圖顯示光照在物質(zhì)上以后可能發(fā)生的情況。
電子可吸收光子的能量并從物質(zhì)逃脫（如圖上部所示）。十九世紀(jì)晚期，科學(xué)家們觀(guān)測(cè)到了這個(gè)現(xiàn)象，并把其稱(chēng)為光電效應(yīng)。
或物質(zhì)原子中的電子可吸收光子的能量，并跳到一個(gè)更高的能級(jí)。電子這樣做時(shí)，其原子就稱(chēng)為“激發(fā)”。很快電子就失去多余的能量，返回到較低的能級(jí) – 這一過(guò)程被稱(chēng)為退激。這一失去的能量常常以光子的形式從原子逃脫。激發(fā)和退激如圖下部所示。
ALS的科學(xué)家們探測(cè)和分析正逃脫的電子或光子，以期更多地了解他們所發(fā)現(xiàn)的原子和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和行為。這樣的分析要達(dá)到許多目的，例如：
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從發(fā)射樣本中，探測(cè)稀有元素的存在和數(shù)量；
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提供顯示物質(zhì)結(jié)構(gòu)的圖像。
原因4
ALS是美國(guó)亮度最高的軟X射線(xiàn)。這里產(chǎn)生的X射線(xiàn)比牙醫(yī)機(jī)器中用的最大功率X射線(xiàn)管產(chǎn)生的X 射線(xiàn)的亮度高一億倍。高的亮度意味著X射線(xiàn)高度集中。每秒X射線(xiàn)光子可被引導(dǎo)到一種材料的極小區(qū)域。
原因5
除了它們的亮度外，ALS的X射線(xiàn)具有其他的有用特性，像可調(diào)諧性、接近相干性、脈沖性質(zhì)和極化。
既然ALS產(chǎn)生X射線(xiàn)，那么為什么科學(xué)家們就不能像牙醫(yī)那樣僅用X 射線(xiàn)管而非用ALS呢？
實(shí)驗(yàn)室和牙醫(yī)室有X射線(xiàn)管，它們繼續(xù)用于許多實(shí)驗(yàn)。但當(dāng)ALS用來(lái)研究多數(shù)材料時(shí)，它比X射線(xiàn)管具有優(yōu)越性。
一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是X射線(xiàn)束流延續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度。ALS 的束流延伸數(shù)小時(shí)，而X 射線(xiàn)管的束流往往有限?？茖W(xué)家不能利用X射線(xiàn)管產(chǎn)生的光用于需要很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，例如掃描材料表面尋找雜質(zhì)。
來(lái)自ALS的X 射線(xiàn)還具有與構(gòu)成多數(shù)普通材料的較輕原子中的許多電子繁盛相互作用的恰當(dāng)能量。相互作用必須發(fā)生；否則實(shí)驗(yàn)不會(huì)產(chǎn)生信息。X射線(xiàn)管比ALS產(chǎn)生更高能量的光子–使由像金(Au)這樣的非常重的元素組成的物體成像的優(yōu)勢(shì)。但是這些高能光子正好通過(guò)由輕原子組成的物質(zhì)，根本不發(fā)生相互作用。
ALS的最大優(yōu)點(diǎn)是它的亮度。你可以將ALS的X射線(xiàn)束流與激光加以比較，X射線(xiàn)管的X射線(xiàn)束流與泛光加以比較。雖然它們兩個(gè)每秒都可能產(chǎn)生相同數(shù)量的光子，但是ALS 產(chǎn)生的光子集中在一個(gè)小的區(qū)域，而X射線(xiàn)管產(chǎn)生的光子則分布的到處都是。光子較高集中在比較小的區(qū)域，可使科學(xué)家們?cè)黾铀麄儗?shí)驗(yàn)的特異性。他們可以研究較小的物體或選擇更特殊的光子能量（eV的十分之幾）以研究非常特殊的目標(biāo)。
