现代X光物理原理PDF电子书下载

1 X射线及其与物质相互作用 1

1.1 X射线：波和光子 2

1.2 散射 4

1.2.1 单个电子 4

1.2.2 单个原子 7

1.2.3 单个分子 9

1.2.4 晶体 9

1.2.5 一个自由电子的康普顿散射 11

1.3 吸收 13

1.4 折射和反射 16

1.5 相干性 17

1.6 磁相互作用 18

1.7 深入阅读材料 19

2 X光源 20

2.1 早期的历史和X光管 20

2.1.1 X光源的早期历史 20

2.1.2 标准的X光管和旋转阳极X光源 20

2.2 同步辐射介绍 21

2.2.1 同步辐射 21

2.2.2 X光束的特征：亮度 22

2.3 从圆弧轨道发出的同步辐射 22

2.3.1 多普勒效应和同步辐射的自然张角 24

2.3.2 同步辐射的特征频率 26

2.3.3 辐射通量，功率和频谱 26

2.3.4 举例：ESRF的弯铁辐射 28

2.3.5 小结：弯铁辐射 29

2.4 波荡器的辐射 29

2.4.1 波荡器的参数 30

2.4.2 本征波长λ1 30

2.4.3 高次谐波 31

2.4.4 单色度和角度准直度 33

2.4.5 螺旋型波荡器 37

2.4.6 发射度和衍射极限 37

2.4.7 波荡器亮度 39

2.4.8 总结：波荡器辐射 39

2.5 扭摆器辐射 40

2.6 自由电子激光 41

2.7 紧凑型光源 42

2.8 相干体积和光子简并度 44

2.9 深入阅读材料 45

2.10 习题 45

3 界面的折射和反射 47

3.1 折射，散射过程中的相移 48

3.2 折射率和散射长度密度 49

3.3 包含吸收的折射率 52

3.4 X射线区的斯涅耳定律和菲涅耳等式 53

3.5 均匀平板的反射 56

3.6 多层膜的镜面反射 58

3.6.1 运动学近似 59

3.6.2 Parratt严格迭代方法 60

3.7 有梯度界面的反射率 61

3.8 粗糙界面和表面 62

3.8.1 菲涅耳反射率的极限情况 64

3.8.2 无关联的表面 64

3.8.3 关联表面 65

3.9 反射率研究举例 67

3.9.1 朗缪尔膜 67

3.9.2 液晶的自由表面 68

3.10 X射线光学 71

3.10.1 X光折射光学 71

3.10.2 曲面镜 74

3.11 深入阅读材料 76

3.12 习题 76

4 运动学散射Ⅰ：非晶态材料 78

4.1 两电子体系 78

4.1.1 两电子体系 78

4.1.2 方向平均 80

4.2 一个原子的散射 82

4.2.1 弹性散射和原子形状因子 82

4.2.2 非弹性散射 84

4.3 一个分子的散射 86

4.4 液体和玻璃体的散射 87

4.4.1 径向分布函数 88

4.4.2 液体的结构因子 89

4.4.3 过冷液体的结构 91

4.5 小角X光散射（SAXS） 94

4.5.1 孤立颗粒的形状因子 95

4.5.2 长波极限：Guinier分析 96

4.5.3 短波极限：Porod分析 98

4.5.4 形状因子随颗粒形状的变化 98

4.5.5 多分散性 100

4.5.6 颗粒间相互作用 100

4.5.7 胶束到囊泡转变的动力学 101

4.6 深入阅读材料 103

4.7 习题 103

5 运动学散射Ⅱ：晶体序 105

5.1 晶体的散射 105

5.1.1 晶体结构：晶格和基元 105

5.1.2 散射振幅的分解 108

5.1.3 劳厄条件 109

5.1.4 倒格子 110

5.1.5 劳厄和布拉格条件的等价性 111

5.1.6 一维、二维和三维中的对晶格求和 113

5.1.7 晶胞结构因子 114

5.1.8 Ewald球面 115

5.2 准周期结构 117

5.2.1 被非公度调制的晶体 118

5.2.2 准晶 119

5.3 晶体截断棒 121

5.4 晶格振动，德拜-沃勒因子和TDS 123

5.5 小晶粒的散射强度 128

5.5.1 洛伦兹因子 130

5.5.2 消光 131

5.5.3 吸收效应：延展面几何设置 132

5.5.4 二维下的洛伦兹因子 133

5.6 运动学散射的应用 134

5.6.1 粉末衍射 134

5.6.2 纤维的衍射 136

5.6.3 二维晶体学 141

5.7 深入阅读材料 145

5.8 习题 145

6 完美晶体的衍射 148

6.1 单原子层：反射和透射 149

6.2 少数层原子的运动学反射 150

6.3 达尔文理论和动力学衍射 152

6.3.1 基本差分方程 152

6.3.2 分离T场和S场 153

6.3.3 T场和S场的尝试解 153

6.3.4 振幅反射率，S0/T0 154

6.4 达尔文反射率曲线 155

6.4.1 达尔文宽度 156

6.4.2 消光深度 157

6.4.3 积分强度 159

6.4.4 驻波 160

6.4.5 高阶反射 162

6.4.6 吸收效应 163

6.4.7 非对称式布拉格构型 164

6.5 杜蒙德图 165

6.5.1 一块晶体 166

6.5.2 以对称式布拉格构型排布的两块晶体 169

6.6 深入阅读材料 170

6.7 习题 171

7 光电吸收 172

7.1 孤立原子的X射线吸收 174

7.1.1 自由电子近似 175

7.1.2 优于自由电子近似的方法 178

7.2 EXAFS和近边结构 181

7.2.1 实验考虑 181

7.2.2 理论概述 184

7.2.3 实例：CdTe纳米晶体 185

7.3 X射线二向色性 189

7.4 角分辨光电子能谱 194

7.5 深入阅读材料 197

7.6 习题 197

8 共振散射 199

8.1 强迫的带电振子 201

8.1.1 色散修正：实部和虚部 201

8.1.2 总散射截面 202

8.1.3 色散修正与折射率 203

8.1.4 吸收截面 204

8.2 原子作为振子的一个集合 204

8.3 Kramers-Kronig关系 205

8.4 对f′的数值估算 206

8.4.1 简单模型 206

8.4.2 更实际的方法 208

8.5 Friedel定律的失效和Bijvoet对 210

8.5.1 实例：ZnS中的绝对极化方向 212

8.5.2 手性晶体的Bijvoet实验 212

8.6 晶体学中的相位问题 214

8.6.1 MAD方法 215

8.7 量子力学描述 216

8.8 深入阅读材料 219

8.9 习题 219

9 X光成像 221

9.1 X光成像简介 221

9.2 吸收衬度成像 223

9.2.1 造影和断层成像术 223

9.2.2 显微术 226

9.2.3 举例：X射线透射显微术 229

9.3 相衬成像 230

9.3.1 自由空间传播 231

9.3.2 光栅干涉法 235

9.4 相干散射成像 239

9.4.1 相干光束和散斑图案 239

9.4.2 通过过采样获取相位 241

9.4.3 举例：金的纳米颗粒成像 244

9.5 全息照相术 245

9.6 深入阅读材料 246

9.7 习题 248

附录 250

附录A 散射与吸收截面 250

附录B 经典电偶极辐射 254

附录C 电磁场量子化 258

附录D 高斯统计 262

附录E 傅立叶变换 264

附录F X射线与中子的比较 270

附录G MATLAB？计算机程序 272

附录H 习题答案及提示 294

参考文献 299

索引 301

符号表 305

物理常数表 307