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內容簡介

同步輻射是被加速到接近光速的電子，在磁場中睏嚮心加速度而改變運動方嚮時産生的亮度極高、性能一流的輻射。基於同步輻射的各種現代實驗技術，在凝聚態物理和材料科學、化學與聚閤物科學、生物和醫學、分子環境科學、農學和林學等眾多領域以及廣泛的工業應用中，已是不可或缺的手段。該書從同步輻射的特性及其産生原理說起，闡述瞭同步輻射光源和光束綫技術；解說瞭原子、分子，晶體及晶體錶麵的關於真空紫外、軟x射綫譜學和光電子能譜的電子結構研究；解說瞭利用硬X射綫的X射綫衍射的晶體結構解析，利用擴展X射綫吸收精細結構技術的物質局域結構分析，以及X射綫熒光分析和關於非彈性散射的電子結構研究，等等。研究對象涉及無機材料和有機材料的晶體、非晶體、液體，錶麵與界麵以及蛋白質等諸多療麵。此外，還介紹瞭利用同步輻射的工藝應用研究、紅外綫譜學、從紅外綫到軟X射綫、硬X射綫的成像研究等。《同步輻射科學基礎》可以作為同步輻射科學研究人員的教材和參考工具。

作者簡介

渡辺誠（WATANABE，Makoto）1941年生於日本京都，1963年畢業於京都大學理學部物理學科。1967年起，擔任京都大學理學部助教，參與利用日本東京大學原子核研究所電子同步加速器産生同步輻射fINS.SOR）的研究。1973年擔任東京大學物性研究所助教，負責儲存環SOR-RING電子注入係統，該儲存環完成後，研究堿鹵化物真空紫外吸收譜。1979年擔任日本分子科學研究所副教授，負責UvSOR整體設計，之後擔任同步輻射光束綫負責人，研究鎘鹵化物等離子晶體真空紫外激發吸收和發光。1993年起，擔任日本東北大學科學計測研究所、多元物質科學研究所教授，研究軟x射綫多層膜和利用它的顯微鏡及鐵磁多層膜磁鏇光譜。2004年起，擔任日本東北大學名譽教授，作為上海市外國專傢受聘為上海電機學院客座教授以及上海交通大學金屬基復閤材料國傢重點實驗室特任教授，日本佐賀大學同步輻射應用研究中心特任教授以及同大學Venture Business Laboratory特任教授。日本物理學會會員，日本放射光學會會員，1991年Synchrotron Radiation Instrunaen tation.國際會議谘詢委員。研究領域：加速器物理、真空紫外光學技術、固體分光。理學博士。
張新夷，復旦大學教授，物理教學實驗中心主任.1 964年畢業於中國科學技術大學物理係。1981年獲法國國傢博士學位。曾任中科院長春物理所副所長，中國科技大學副校長，國傢同步輻射實驗室副主任、主任，兼任中國物理學會同步輻射專業委員會主任和發光分科學會副理事長等職，主要研究領域為元激發態光譜、發光動力學，稀磁半導體和鐵電體等功能材料的結構與性能，以及人體穴位的物質基礎等同步輻射應用研究..曾主持國傢自然科學基金和國傢“九五”大科學工程等多項課題。現為“國傢級實驗教學示範中心建設單位”和“大學物理實驗國傢級精品課程”負責人，獲中國科學院自然科學奬三等奬，中科院優秀研究生導師和寶鋼優秀教師奬等奬勵多項。
馬禮敦，復旦大學教授。1956年畢業於復旦大學化學係.留校任教，工作至2007年。主要從事結構化學的教學與科研。開齣過六門本科或研究生課程。負責國傢自然科學基金和上海市科研項目七個。主要研究絡閤物、催化劑、非晶態和納米材料的閤成、結構及和性能的關係，同時進行x射綫粉末衍射和x射綫吸收精細結構光譜的方法學研究、發錶論文130餘篇，四項研究曾獲國傢或省部級奬勵六次。撰寫、參與編撰或翻譯的著作有八本，其中二本已齣第二版，曾三次獲省部級奬勵參加中國物理學會、中國化學會、中國晶體學會、中國分析測試協會、國際x射綫吸收精細結構學會等多個國內和國際學會。
周映雪，復旦大學物理係教授、博士生導師。1966年畢業於復旦大學物理係。，在中科院長春物理所從事光電材料的研製和材料物理研究；1981～1982年在法國巴黎第六大學固體物理實驗室進行高壓物理研究；1993年調入中國科技大學國傢同步輻射實驗室，從事同步輻射在材料科學中的應用和光學工程研究；2001年調入復旦大學物理係，從事II-vI族寬禁帶材料、ZnO稀磁半導體的研製及同步輻射應用研究。曾到美國Brookhavcn國傢同步輻射光源（NSLS）、日本光子工廠、SPring-8，颱灣新竹同步輻射實驗室和德國吉森大學第一物理研究所等訪問及開展實驗研究。獲中國科學院科技進步二等奬1項，中國科學院長春分院科技進步三等奬2項。

內頁插圖

目錄

1.緒言——同步輻射的特徵及用途
1.1 發展曆史
1.2 同步輻射的特性
1.2.1 電子束的形狀及同步輻射強度的單位
1.2.2 來自彎轉磁鐵（圓周運動産生）的輻射
1.2.3 波蕩器産生的輻射
1.2.4 相乾性
1.2.5 光束綫站處的同步輻射
1.3 應用研究
1.3.1 真空紫外、軟X射綫的應用研究
1.3.2 硬X射綫的應用研究
1.3.3 紅外綫的應用研究
1.4 同步輻射光源與其他光源的比較
參考文獻

2.同步輻射産生的機理
2.1 電子運動的相對論描述
2.1.1 狹義相對論概要
2.1.2 電磁場中電子的運動方程
2.2 運動電子發齣的電磁波
2.2.1 李納一維謝爾（Riennard-weichert）勢
2.2.2 運動電子産生的電磁波
2.3 圓周運動産生的輻射
2.3.1 輻射的方嚮性
2.3.2 輻射功率
2.3.3 輻射強度的能量分布
2.3.4 角度分布
2.4 波蕩器産生的輻射
2.4.1 平麵波蕩器産生的輻射
2.4.2 螺鏇波蕩器産生的輻射

3.同步輻射光源
3.1 整體結構
3.2 電子束的軌道
3.2.1 磁鐵對電子束的作用
3.2.2 磁場
3.2.3 運動方程
3.2.4 運動方程的解
3.2.5 軌道的各種參數
3.2.6 磁鐵
3.3 高頻加速
3.3.1 同步加速器振蕩
3.3.2 運動方程
3.3.3 輻射衰減
3.3.4 高頻腔
3.4 電子束的壽命及不穩定性
3.4.1 真空
3.4.2 圖謝剋（Touschek）效應
3.4.3 不穩定性
3.5 相乾光的發生
3.5.1 紅外綫相乾輻射
3.5.2 自由電子激光
參考文獻

4.物質對光的響應
4.1 物質與光的電磁學
4.1.1 介電常數和光學常數
4.1.2 菲涅爾（Fresmel）公式
4.1.3 剋拉默斯一剋勒尼希（Kramers-Kr6nig）分析
4.2 物質和光響應的微觀經典論
4.2.1 洛倫茲（Lorentz）模型
4.2.2 德魯德（Drude）模型
4.2.3 原子散射因子、偏振因子
4.3 光躍遷的量子論
4.3.1 光躍遷的一般理論
4.3.2 一階過程
4.3.3 二階過程
4.3.4 俄歇（Auger）過程和輻射過程
參考文獻

5.分光與光譜技術
5.1 物質對光的吸收
5.2 聚焦鏡
5.2.1 單一物質的反射率
5.2.2 多層膜
5.2.3 成像的條件
5.2.4 鏡子材料、冷卻和汙染等問題
5.3 單色器
5.3.1 衍射光柵單色器
5.3.2 晶體單色器
5.4 濾波器
5.5 起偏器
5.6 探測器
5.6.1 零維探測器
5.6.2 一維探測器
5.6.3 二維探測器
5.7 時間分辨測定
5.8 光束綫
參考文獻

6.氣體的真空紫外、軟x射綫光譜
6.1 原子光譜
6.1.1 單電子躍遷譜
6.1.2 雙電子激發——自電離
6.1.3 巨大共振
6.2 分子光譜
6.2.1 玻恩一奧本海默（BormOppenheimer）近似和內殼層光電子譜
6.2.2 形狀共振效應
6.2.3 簡並內殼層激發態的分裂和動量畫像測量
參考文獻

7.固體的真空紫外、軟X射綫光譜
7.1 晶體的電子構造
7.2 在晶體中的光躍遷過程
7.3 光譜測量
7.3.1 吸收、發光譜測量
7.3.2 光電子能譜測量
7.4 半導體、離子晶體
7.5 金屬
7.5.1 貴金屬及堿金屬
7.5.2 過渡金屬
7.5.3 稀土金屬
7.6 高溫超導體
7.7 有機材料
7.7.1 有機材料的軟X射綫吸收譜
7.7.2 有機材料的光電子譜
7.8 金屬介觀體係的光電子譜
7.9 固體錶麵
7.9.1 固體錶麵的光電子譜
7.9.2 固體錶麵的光電子衍射
參考文獻

8.利用同步輻射的工藝研究
8.1 錶麵光反應
8.1.1 固體錶麵的光激發反應的基本過程
8.1.2 用光激發清潔半導體錶麵
8.1.3 利用光激勵錶麵反應生長新材料和産生刻蝕
8.2 微細加工
參考文獻

9.X射綫的結構解析
9.1 晶體的彈性散射
9.1.1 衍射強度
9.1.2 德拜一沃勒(Debye-Waller）因子
9.1.3 電子密度分布
9.2 衍射實驗法
9.2.1 粉末晶體結構解析
9.2.2 單晶結構解析
9.2.3 同步輻射X射綫衍射的優點
9.3 高溫超導體、有機導體及鐵電體的結構解析
9.3.1 高溫超導體
9.3.2 有機導體
9.3.3 鐵電體
9.4 電荷、軌道有序體係——鈣鈦礦型Mn氧化物
9.4.1 電荷分布規律的觀測
9.4.2 軌道分布規律的觀測
9.5 高壓下的結構解析
……
10.擴散X射綫吸收精細胞（EXAFS）局域結構解析
11.利用熒光X射綫的元素分析和結構分析
12.X射綫非彈性散射
13.紅外光譜
14.成像
附錄
索引

精彩書摘

在波長短於人們熟知的可見光（波長：750~400nm，能量：23eV）和紫外光（波長：400～200nm，能量：3～6eV）的寬廣的波段範圍裏，存在著人們日常生活工作中用到的很多種光，在不同波段它們分彆被稱為真空紫外、軟X射綫（200～0.4nm，6eV～3keV）和硬X射綫（0.4～0.0lnm，3100keV）。同步輻射（S）rnchmtronradiation，SR）是一種能提供上述寬廣範圍中各種光的性能優越的光源。這種輻射是當電子以接近於光速的高速作圓周運動或者蛇行運動時，從電子運動軌跡的切綫方嚮得到的。目前，它已經成為基礎科學、物質科學及生命科學等眾多領域中的強有力的研究手段。此外，同步輻射在紅外綫波段也得到瞭應用[1-6]。
1.1發展曆史
同步輻射是1947年在美國通用電氣公司的同步加速器中首次被觀測到的m。盡管産生輻射的原理與天綫中的電流振蕩（電荷的交變流運動）所釋放的電磁波相似，但有所不同，其不同點是發射同步輻射的電子運動是相對論性質的。這種來自電子圓周運動的輻射曾經被認為是同步加速器加速電子時的不利副産物。之所以這樣說，是因為同步輻射的釋放必須給電子額外補充能量。不過，這種輻射的波長（能量）範圍廣、波長連續、強度高，而且具有優良的偏振特性。這些性質是在20世紀60年代前半期，在真空紫外、軟X射綫波段尚不具備良好的實驗室連續光源時，由研究原子、分子及固體光譜學的科學傢們首次認識到的。最初的實驗是美國（國傢標準局，NIST）利用加速能量為180MeV的電子同步加速器（SURFI）進行的雙電子激發吸收譜實驗。隨後，意大利（Frascati國傢試驗室，LNF）、日本（東京大學原子核研究所，INS-SOR）、德國（電子同步加速器研究所，DESY）、英國（Daresbury研究所，NINA）等分彆發現瞭這種現象，物質對於真空紫外、軟X射綫的響應（吸收等）非常之大，這使這種輻射成為研究物質電子結構不可缺少的工具。而隨著這種輻射變為硬X射綫，它對物體的透射率逐漸增大，用它可以拍攝到倫琴（R6ntgen）照片。由於其波長接近於原子間距離，從而被利用來研究晶體中的原子配置成為可能。真空紫外、軟X射綫及硬X射綫能夠激發具有元素固有束縛能的內殼層電子。此外，由於它們的波長短於可見光，衍射造成的圖像的模糊（衍射模糊）程度理所當然地比較小。20世紀60年代後半期開始，研究人員逐漸認識到同步輻射X射綫的用途，有關它的利用研究也得到瞭全力開展。
同步加速器是將電子加速到高能後衝擊到靶上，用於進行高能物理學（基本粒子或原子核物理學）實驗的裝置，它的加速頻率約為每秒數十次。這種情況下，每一次加速後的電子束強度非常離散，造成同步輻射的強度也相應離散，並不適閤進行精密實驗。在這種背景下，從20世紀70年代開始，利用同步輻射的研究人員開始利用電子儲存環。

前言/序言

　　同步輻射（synchrotron radiation）是電子以接近光速的速度作圓周運動或蛇行運動，在改變運動方嚮時，沿著運動軌道的切綫方嚮發齣的電磁輻射，或稱作光。這種輻射覆蓋從紅外綫、紫外綫、軟X射綫到硬x射綫的寬廣的波段，即它是可在寬廣的能量區域中利用的高亮度的性能優越的光。特彆在軟X射綫和硬x射綫波段，除瞭同步輻射，尚無強度足夠並且可以自由選擇波長的光。另外，在閤成或提煉新物質的過程中，研究物質的微細構造非常重要。利用同步輻射得到的物質的吸收譜學、光電子譜學、發光譜學和X射綫結構解析、擴展X射綫吸收精細結構（EXAFS）、X射綫熒光分析、圖像攝影等測量手段，目前在物質科學、生命科學的評價和分析中不可或缺。全世界正在運行的同步輻射設施多達50颱以上，從中也可看齣同步輻射的重要性。在中國大陸，從20世紀80年代末開始，有兩颱同步輻射光源供用戶使用。2009年，上海光源的建成並投入運行，更是標誌著中國的同步輻射應用研究進入瞭一個新的階段。
　　本書的原著是日本東北大學在倡議同步輻射設施計劃的建議時，為瞭促進有關人員對於同步輻射的瞭解，由東北大學研究人員執筆的關於同步輻射科學的一本入門書。本書可以作為有誌於利用同步輻射開展研究或對同步輻射光源用電子加速器感興趣的學者的教科書。主編者重點闡述有關同步輻射的基礎知識，各領域的專傢主要根據他們的研究成果解說各自的同步輻射應用研究。本書的讀者須具備電磁學、量子力學和固體物理學等基礎。
　　第1章是序論，主要闡述同步輻射科學總體概要，並側重對同步輻射的特徵加以說明。第2章從公式的導齣詳細說明同步輻射産生的原理。第3章闡述光源加速器的原理和基礎知識。第4章闡述光和物質相互作用的基礎，這是學習後續章節的必要基礎性理論，但並未詳細闡述有關固體物理等理論。第5章簡單介紹基於同步輻射的新的分光與光譜技術。第6章起是關於應用研究的解說。根據真空紫外、軟X射綫波段的光譜學，第6章和第7章分彆介紹氣體（原子、分子）和固體（晶體及晶體錶麵）的電子構造是如何利用同步輻射理論來闡明的。第8章的主題是同步輻射的一個很大的應用研究領域，即利用同步輻射的工藝研究，跨越軟X射綫與硬X射綫的應用。第9、10、11和12章是關於硬X射綫的應用研究，分彆闡述關於X射綫衍射的結構解析、EXAFS的局域結構分析、利用X射綫熒光的分析和結構解析，以及關於非彈性散射的電子結構研究等，研究對象涉及無機材料和有機材料的晶體、非晶體、液體、錶麵和界麵以及蛋白質等多方麵。第13章是在長波長波段的研究，即紅外光譜學的介紹。第14章闡述從紅外綫到軟X射綫和硬X射綫波段的成像研究。相信通過對第6章及之後各章的學習，可望全麵瞭解同步輻射在物質科學及生命科學研究領域的重要性。另外，附錄中闡述瞭若乾基本且重要的公式及其導齣過程。本書除個彆有特殊說明之處外，統一使用SI單位。

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評分☆☆☆☆☆

可以瞭解到很多相關學科最近的發展

評分☆☆☆☆☆

整體感覺還可以，不過還沒仔細看

評分☆☆☆☆☆

較全麵介紹同步輻射相關知識的一本好書，相關專業人員值得擁有

評分☆☆☆☆☆

內容很全，係統，值得好好讀一下

評分☆☆☆☆☆

同步輻射的基本原理、應用等等

評分☆☆☆☆☆

同步輻射方麵的基礎書籍，適閤入門的時候看。

評分☆☆☆☆☆

不錯有點深奧，，得滿滿研究

評分☆☆☆☆☆

一應俱全的公式推導，簡單明確的介紹，各種應用的瞭解，進synchrotron的門的的確應該好好看看

評分☆☆☆☆☆

一應俱全的公式推導，簡單明確的介紹，各種應用的瞭解，進synchrotron的門的的確應該好好看看

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