什麼是同步輻射(synchrotron radiation)?
『根據電磁學理論，當帶電粒子以接近光速運行，受到磁場作用而發生偏轉，就會因相對論效應，沿著偏轉的切線方向，放射出薄片狀的電磁波，產生同步輻射，涵蓋紅外線、可見光、紫外線、軟X光與硬X光。』*
由同步加速器產生的X光亮度，是傳統X光的一億倍，精密度可以讓我們看到0.1奈米。
因爲這種同步輻射極亮，照射的時間就不必像傳統X光那麼久，也就不會造成被檢查的組織產生破壞。
同步輻射的應用
1. 解析出石斑魚病毒的3D結構，可據以開發標靶藥物。
2. 解析肝癌𧗠生生長因子3D結構，有助開發專用藥物。
3. 迅速辨識細胞上變異的醣衣，以偵測零期癌及癌前病變。
4. 繪製人腦中神經突觸的連結(人腦圖譜)，促進我們對大腦的了解。
5. 同步輻射產生的極紫外光微影EUV(Extreme ultraviolet lithography), 助半導體邁向1奈米元件的製程技術。
6. 尋找厚度為原子等級，節能而且運算速度更快的二維半導體材料。
7. 研究太陽能化學反應的動態過程，找到催化劑，可以進行人工光合作用，把二氧化碳還原為一氧化碳，而一氧化碳加入氫可以合成各種有用的烴類。
8. 在不拆開電池的狀況下，可以透視到各種材料在充放電時的微結構變化，有助開發比鋰離子更安全的電池。
9. 分析pm2.5的化學成分、來源和反應機制，以助防治污染。
10. 同步輻射確認分子特殊排列可以提升近紅外光的發光強度，依此靈感找到鉑金屬錯合物，可以延伸到740奈米的近紅外光區，光度提高1000倍，成本則只有一般LED的7成。
11. 用同步輻射研究蜘蛛絲的蛋白奈米晶體的結構，以開發出有硬度、靭性、量輕的仿生材料。
12. 同步輻射高解析度分析，可以了解人工骨骼的相容性。
13. 研究古琴的音色，發現木材並非唯一因素，而是礦物質、老化分解和長期振動三者綜合而成的效應。
14. 同步輻射研究恐龍牙齒，發現其分散應力的保護結構。而恐龍唯一留下後代，古代的鳥沒有滅絕，是因為改了食性，這從它們的牙齒化石的同步輻射看得出來。
15. 同步輻射的X光吸收光譜，可以研究古瓷中釉的含鐵離子的氧化態和電子結構。研究古物的秘密，可以不必破壞它。
以上是用更亮光看到奈米級的內部結構，產生同步輻射的各種應用。
另外，直接用加速器，把粒子打到癌細胞的位置來產生治療效果的，最神奇的是「質子刀」，將質子加速至接近光速，精準控制它的能量，並精準打到患部。
「質子刀」依布拉格成峰的特性，在幾乎無傷害被穿透的組織之後，可以集中在很小的範圍內釋放能量殺死癌細胞。
為什麼是質子？
因為質子的質量是電子的1,840倍，愈重就愈容易控制。
「質子刀」之後，又有「重粒子刀」的開發，用的是碳原子核，重量是質子的12倍。那麼就更能降低對周圍正常組織的傷害，但增加對患部癌細胞的療效。
同步輻射因爲是同步加速器所產生的，所以有「同步」兩個字，其實以一般的說法，就是光，而且包含了我們眼睛看不到的不可見光，而且亮度更大，看得更精密，直到奈米级的尺度，這是同步輻射可以在各種應用中突破現狀的根本原因。
因為那個光，我們不再於黑暗中摸索，可以更真接找到解決的方案。
同步加速器，是物理學家加速粒子去撞標靶元素原子核來蒐集資訊的利器。
在1947年，美國奇異公司的一座同步加速器，科學家第一次看到從透明真空管中出現的藍白光，就名之為「同步輻射」，其實是基礎物理實驗意外的發現。
沒有想到，一個意外，會讓我們的世界產生那麼多那麼大的變化。
*：許火順 林錦汝，《追光之旅，你所不知道的同步輻射》，2021年8月30日初版一刷，遠見天下文化出版股份有限公司
2025/6/9 追光之旅，你所不知道的同步輻射 Damakey
