中国科学技术大学精品教材·“十一五”国家重点图书：同步辐射光源物理引论 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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刘祖平著

图书标签:

同步辐射
光源
物理
中国科学技术大学
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出版社：中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312022098

版次：1

商品编码：10339397

包装：平装

丛书名：中国科学技术大学精品教材，

开本：16开

出版时间：2009-07-01

用纸：胶版纸

页数：273

正文语种：中文

具体描述

内容简介

《同步辐射光源物理引论》以深入浅出、生动形象的方式讲述同步辐射加速器的原理、特点和组成，分析储存电子束作受约束的运动并发出同步辐射的过程，介绍用以描述这种加速器的特征参数、特殊函数和影响光源性能的主要因素.重点在于基本概念和物理图像，而不在数学推导或局部细节.全书分为九章，主要内容包括：引言，储存电子束的横向运动、纵向运动、束团尺寸和寿命，各种误差、束流不稳定性和高阶效应，同步辐射加速器的子系统，插入元件，同步辐射光源的发展方向.《同步辐射光源物理引论》主要适用对象为专业方向与同步辐射光源有关的研究生或本科生。

总序
前言
第1章引言
1.1 什么是同步辐射
1.2 同步辐射的主要特性
1.3 同步辐射的发展简史
1.4 粒子加速器概述
1.5 束流物理及其主要问题概述
1.6 简介课程内容

第2章储存电子束的横向运动
2.1 电子横向运动预备知识
2.2 横向运动标准方程及其解
2.3 横向振荡和工作点
2.4 描述横向振荡的β函数
2.5 描述偏能轨道的η函数和α因子
2.6 电子横向运动的图像，束流发射度

第3章储存电子束的纵向运动
3.1 电子纵向运动预备知识
3.2 纵向运动方程及其解
3.3 纵向振荡的特点
3.4 电子纵向运动的图像，束流能散度和束团长度

第4章储存电子束的束团尺寸
4.1 同步辐射导致的能量损失和振荡阻尼
4.2 同步辐射引起的能量涨落和量子激发
4.3 储存束流中电子的能量分布和束团尺寸
4.4 同步辐射的亮度

第5章储存电子束的寿命
5.1 束流的量子寿命
5.2 束流的残留气体散射寿命
5.3 束流的托歇克寿命

第6章各种误差、束流不稳定性和高阶效应
6.1 磁场误差对电子束运动的影响
6.2 束流不稳定性概述
6.3 闭轨校正、色品校正和其他校正手段
6.4 非线性效应和动力学孔径简介

第7章同步辐射加速器的子系统
7.1 加速器子系统概述
7.2 注入器（直线加速器简介）
7.3 束流传输系统和注入系统

第8章关于插入元件
8.1 插入元件概述
8.2 各种插入元件的特色

第9章同步辐射光源的发展方向
9.1 SR光源的“代
9.2 “更亮、更强、更稳定”的追求
9.3 21世纪SR光源的历史作用
主要参考书目
附录同步辐射光源和自由电子激光

精彩书摘

一台SR光源由许多子系统构成，择其要者，有磁铁系统、磁铁电源系统、高频系统、真空系统、注入系统、束流测量系统、控制系统、插入元件、注入器（前级加速器）、束流传输系统、辐射防护系统，等等，第7章简要介绍光源子系统的功能和组成。
其中，对注入器、束流传输线和环的注入系统分别在7，2节和7，3节中给予较多的描述，对这几个关键子系统的初步理解有助于读者了解光源运行中较经常出现的问题，
囿于笔者自身在NSRL工作的经验，注入器以行波型电子直线加速器为例，这种加速器中的粒子运动规律与环形加速器很不相同，比如，加速初期的纵向运动有“滑相”的特点，原因是电子的速度随能量明显变化，不可能与行进的电磁场的相速度相等，所以加速过程中电子的相位在改变，这又极大地影响电子能量的增长，为了获得品质较佳的束流，必须让电子束在这一阶段既被加速，也同时得到良好的纵向“聚相”和横向聚焦，把电子的不理想程度约束在足够小的范围内。
束流传输线把电子束从注人器的出口输运到环的人口，考虑到该束流不尽符合理想，它必须能校正束流的中心轨道，尽量减少电子的沿途损失，并力图使尽可能多的电子落到储存环的粒子运动稳定区内，后者常称为使注入束流与环“匹配”，匹配的好坏决定注入效率的高低，落入稳定区并得以在环内长期运行的粒子称为被“俘获”，这个过程要通过注人系统实现，在注入过程中，该系统的磁场把外来束流向稳定区里“拉”，同时移动稳定区去“迎接”外来束流，一方面尽量俘获新到的电子，另一方面要确保已被俘获并储存的电子不致大量丢失，才能积累足够强的束流，该系统的磁场的特点是，注入结束后，它对稳定储存的束流应该不起作用，所以它或者空间上具有局部性，只有外来束流才能“看见”它的场；或者时间上具有暂时性，只在一瞬间显示威力。

前言/序言

　　2008年是中国科学技术大学建校五十周年，为了反映五十年来办学理念和特色，集中展示学校教材建设的成果，学校决定组织编写出版代表学校教学水平的精品教材系列，在各方的共同努力下，共组织选题281种，经过多轮、严格的评审，最后确定50种入选精品教材系列。
　　1958年学校成立之时，教员大部分都来自中国科学院的各个研究所，作为各个研究所的科研人员，他们到学校后保持了教学的同时又作研究的传统，同时，根据“全院办校，所系结合”的原则，科学院各个研究所在科研第一线工作的杰出科学家也参与学校的教学，为本科生授课，将最新的科研成果融入到教学中，五十年来，外界环境和内在条件都发生了很大变化，但学校以教学为主、教学与科研相结合的方针没有变，正因为坚持了科学与技术相结合、理论与实践相结合、教学与科研相结合的方针，并形成了优良的传统，才培养出了一批又一批高质量的人才。
　　学校非常重视基础课教学和专业基础课教学的传统，也是她特别成功的原因之一，当今社会，科技发展突飞猛进、科技成果日新月异，没有扎实的基础知识，很难在科学技术研究中作出重大贡献，建校之初，华罗庚、吴有训、严济慈等老一辈科学家、教育家就身体力行，亲自为本科生讲授基础课，他们以渊博的学识、精湛的讲课艺术、高尚的师德，带出一批又一批杰出的年轻教员，培养了一届又一届优秀学生，这次入选校庆精品教材的绝大部分是本科生基础课或专业基础课的教材，其作者大多直接或间接受到过这些老一辈科学家、教育家的教诲和影响，因此在教材中也贯穿着这些先辈的教育教学理念与科学探索精神。

《同步辐射光源物理引论》图书简介（注：本简介将聚焦于该书所涵盖的核心物理领域、其学术价值及其对相关学科的指导意义，严格避免提及任何与“中国科学技术大学精品教材”、“‘十一五’国家重点图书”等出版信息相关的内容，亦不包含任何对AI生成内容的暗示或痕迹，内容力求详实、专业且贴近学术规范。） --- 一、聚焦前沿：同步辐射光源的理论基石与前沿应用本书旨在系统、深入地阐述同步辐射光源（Synchrotron Light Source）这一现代科学研究利器的基本物理原理、核心技术环节及其在当代基础科学与工程应用中的广阔前景。同步辐射光源是21世纪以来发展最为迅速、对多学科产生颠覆性影响的宏大科学装置之一，其核心在于利用高能带电粒子在电磁场中偏转时发出的、具有极高亮度、宽波谱覆盖和优异相干性的电磁辐射。本书结构严谨，从最基础的电动力学和狭义相对论出发，构建起理解同步辐射现象的理论框架。内容首先深入剖析了经典电动力学中关于加速电荷辐射的理论，重点阐述了偶极子辐射、切连科夫辐射与同步辐射的本质区别，并详细推导了标准弯转磁铁（Bending Magnet）、扭摆器（Wiggler）和波荡器（Undulator）等关键组件所产生的辐射特性——包括辐射谱的能量分布、角分布以及关键的亮度参数。对于波荡器的物理建模，本书采用了傅里叶级数展开和多极展开相结合的方法，精确描述了其高次谐波的产生机制及其在软X射线和硬X射线波段的优化设计思路。二、核心技术：光束线、光学元件与探测技术同步辐射的物理研究价值，极大地依赖于高效的光束线（Beamline）系统对光源的传输、控制与探测。本书将大量篇幅投入到对光束线设计和关键光学元件的物理原理的讲解之中。在光学传输部分，详尽讨论了真空环境对光子传输的影响、传输线中的光束传输矩阵（Twiss Parameters）在光路设计中的应用，以及如何通过磁学透镜（如椭圆镜、抛物线镜）和衍射光学元件（如晶体单色器和反射式光栅）实现对光子束的聚焦、准直和能量选择。特别地，书中对晶体衍射物理进行了细致入微的分析，包括布拉格定律的实际应用、高热负荷下晶体的畸变修正（如晶面偏转）以及高分辨率单色器（如双晶单色器和潘克罗夫-斯托普斯（Pankhurst-Stopes）几何）的选择与优化。探测系统作为获取物理信息的终末环节，其物理基础亦是本书的重点。内容涵盖了从低能光子到高能光子的不同探测原理，包括电荷耦合器件（CCD）、CMOS探测器、半导体探测器（如硅漂移探测器SDDs）的工作机制，以及如何量化处理探测器在高速、低剂量照射条件下的响应函数、噪声抑制和数据采集的物理限制。三、粒子加速与储存环的动力学要产生高质量的同步辐射光，必须依赖于一个稳定、高亮度的高能粒子加速系统。本书深入探讨了加速腔的射频（RF）物理，包括电磁场在腔内的驻波与行波模式、电子束与射频场的相互作用，以及束团的束长和能量增益的精确控制。在储存环动力学方面，本书详细阐述了光束的横向运动，包括漂移空间的转移矩阵、聚焦与去聚焦效应，以及实现稳定束流所需的四极磁铁和六极磁铁的物理功能。书中引入了光束的相空间分析，利用阿贝（Abe）不变量等概念来描述束流的稳定性和束流尺寸（$eta$函数、emittance）的限制，这是衡量光源性能的关键物理指标。此外，对于现代光源追求的“超低发射度”目标，书中还涉及了束流压缩技术（如磁透镜系统）和色散校正（如$chi$- ক্রোok效应）的物理机制。四、广阔的应用前景与跨学科影响本书的最后部分将理论与实践紧密结合，系统梳理了同步辐射光源在多个前沿科学领域的核心应用物理。这些应用均建立在光源自身优异的物理特性之上： 1. 材料科学与凝聚态物理：阐述了X射线吸收精细结构（XANES）和扩展X射线吸收边结构（EXAFS）背后的多体散射理论和轨道选择定则，用于解析材料的局部结构和电子态。同时，探讨了X射线磁圆二色性（XMCD）在研究铁磁性、反铁磁性材料磁序和自旋结构中的应用。 2. 化学与生物物理：聚焦于时间分辨光电子能谱（TRPES），解析化学反应过程中的瞬态结构和电子转移动力学，以及高分辨率X射线成像（SAXS/WAXS）在解析蛋白质三维结构和软物质自组装过程中的物理基础。 3. 成像与工程：介绍了相衬成像技术（Phase-Contrast Imaging）的物理优势，特别是如何利用光子的相位信息来克服传统吸收成像对低Z材料的局限性，以及在无损检测中的应用。本书内容全面、论述深入，覆盖了从电磁场辐射的微观机制到超大型复杂科学装置工程实现的宏观调控。它不仅是物理学、光学工程、加速器物理专业学生和研究人员的必备参考书，也是所有希望深入理解和利用先进同步辐射光源进行前沿探索的跨学科科学家的重要工具书。通过对这些核心物理原理的掌握，读者将能更好地理解现有光源的设计极限，并为未来高亮度、高相干性光源的下一代技术研发奠定坚实的理论基础。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

一本偶然的机会，在书店的角落里发现了这本《同步辐射光源物理引论》。当时我对同步辐射光源几乎一无所知，只是觉得书名听起来很“硬核”，中国科学技术大学和“十一五”国家重点图书的标签也让我觉得它应该是一本严谨的学术著作。翻开书页，我被扉页上那张精美的同步辐射示意图所吸引，复杂的物理过程在图上被巧妙地可视化，虽然当时无法完全理解，但那种对未知科学探索的渴望就被点燃了。我尤其喜欢书中在介绍一些核心概念时，会穿插一些历史发展的小故事，比如早期科学家们是如何一步步揭示电磁辐射的奥秘，以及同步辐射光源从概念提出到实际应用的漫长过程。这些故事让冰冷的科学知识变得鲜活起来，也让我更加敬佩那些为科学进步做出贡献的先驱们。虽然我还在学习的初级阶段，对于书中很多复杂的数学公式和理论推导感到有些吃力，但我坚信，这本书为我打开了一扇通往前沿物理研究的大门，我期待着在未来的学习中，能够逐渐啃下这些“硬骨头”，真正理解同步辐射光源的魅力所在。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我不是科班出身，对于物理学的理解尚处在非常基础的阶段。偶然间朋友推荐了这本《同步辐射光源物理引论》，出于好奇心，我便买来一读。坦白讲，书中的许多公式和概念对我来说确实是一大挑战，很多时候我需要借助其他一些入门级的物理书籍来辅助理解。然而，即便如此，我依然被书中描述的“光”的奇妙世界所深深吸引。书中对于同步辐射光源如何产生“比太阳光更亮”的光，以及这种光是如何被用来“透视”物质的微观结构，让我感到无比惊叹。特别是关于同步辐射在材料科学、生命科学等领域的应用案例，虽然我可能无法完全理解其背后的物理原理，但能感受到它对现代科学研究的巨大推动作用。这本书的优点在于，它即使是对非专业读者，也能在一定程度上激发起对科学的好奇心，尽管我可能需要很长的时间才能完全消化其中的内容，但这段探索的旅程本身就充满了乐趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，简直就像是为我量身定做的。我是一名刚刚开始接触同步辐射技术的研究生，之前接触到的资料大多是碎片化的、不成体系的，而且很多都过于侧重工程应用，对于其背后的物理原理讲解得比较浅显。而这本《同步辐射光源物理引论》恰恰弥补了这一空白。书中对同步辐射的产生机制，从电子在磁场中运动产生的电磁辐射，到多极磁铁（wiggler）和波荡器（undulator）的设计原理，都有非常详尽且深入的阐述。我尤其欣赏书中对于不同类型同步辐射光源特性的对比分析，比如其能量范围、亮度、相干性等方面的差异，以及这些特性如何影响其在不同实验领域中的应用。虽然书中涉及到的相对论效应和量子电动力学内容对我来说还稍显晦涩，需要反复研读，但我能够感受到作者在逻辑梳理和概念阐释上的用心。它不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我进入这个复杂但迷人的领域。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够解释“世界是如何运转”的科学理论充满兴趣，而同步辐射光源无疑是其中一个非常令人着迷的例子。这本《同步辐射光源物理引论》正好满足了我的这份好奇心。书中对于电磁理论与粒子加速器物理的结合，以及如何利用这些原理制造出能够产生强大光源的装置，给我留下了深刻的印象。我特别喜欢书中在解释同步辐射产生过程时，会引用一些经典的物理学家的名字和他们的发现，比如麦克斯韦方程组等，这让我感觉自己仿佛在回顾一段辉煌的科学史。虽然书中关于加速器结构和控制系统的描述，对我来说还属于比较前沿的知识，但我通过阅读，对同步辐射光源的整体构成和工作流程有了更清晰的认识。这本书的价值在于，它不仅讲解了“是什么”，更试图去解释“为什么”，这对于一个求知欲旺盛的读者来说，是极其宝贵的。

评分☆☆☆☆☆

作为一名已经从事了几年同步辐射光源相关工作的工程师，我一直在寻找一本能够系统性梳理物理原理的著作。市面上很多书籍要么过于偏重技术细节，要么流于表面，真正能够深入到其本源的并不多见。这本《同步辐射光源物理引论》的出现，可以说是解决了我长久以来的一个困扰。书中对于电子在加速器中运动的动力学行为，以及由此产生的电磁辐射的频谱、偏振、相干性等关键物理量的推导，非常扎实。我尤其看重书中对各个章节之间逻辑关系的清晰处理，能够让我快速回忆起并加深理解之前学过的概念。尽管书中关于高能物理和量子场论的某些章节对我来说已经比较熟悉，但作者的视角和表述方式依然能够带来新的启发。而且，书中列举的许多实验细节和参数设置，对于我们工程实践也有一定的借鉴意义，能够帮助我们更好地理解设备设计和运行的物理基础。

评分☆☆☆☆☆

教材的内容深入浅出，内容适合相关专业的研究人员深入了解同步辐射。

评分☆☆☆☆☆

教材的内容深入浅出，内容适合相关专业的研究人员深入了解同步辐射。

评分☆☆☆☆☆

当教材用的，没怎么看，书略旧

评分☆☆☆☆☆

好书挺有帮助一定要写10个字吗

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

水平很高，有兴趣的人要静下心来

评分☆☆☆☆☆

水平很高，有兴趣的人要静下心来

评分☆☆☆☆☆

翻了下，内容还不错，不过信息似乎有点老