绪论 1
第一篇 同步辐射装置 5
第一章 同步辐射源 5
第一节 同步辐射的发展与现状 5
一、同步辐射理论的发展 5
二、同步辐射技术的发展 6
三、同步辐射装置的现状 10
第二节 同步辐射源的构造 13
一、总体介绍 13
二、电子储存环 14
三、注入器 20
四、附属设备 22
第三节 同步辐射的重要物理参数与特性 23
一、弯转磁铁的发射 23
二、插入件的发射 30
参考文献 33
第二章 同步辐射装置中的光路和光学元件 34
第一节 同步辐射装置中的光路 34
一、前端区 34
二、光束线 37
第二节 同步辐射装置中的光学元件 40
一、透光元件(窗) 41
二、反光元件(镜) 42
三、聚光元件 44
四、分光元件 46
五、偏光元件 47
参考文献 48
第三章 同步辐射装置的计算机控制 50
第一节 同步辐射装置的计算机控制系统 50
一、同步辐射装置计算机控制系统的任务和功能 50
二、同步辐射装置计算机控制系统的体系结构 53
三、同步辐射装置计算机控制系统的软件结构 55
四、几个实例 58
第二节 同步辐射装置中电子束和光束线参数的测量和控制 62
一、同步辐射装置的束流测量和诊断系统 62
二、同步辐射装置中电子束团的反馈控制系统 65
三、同步辐射装置中同步光束线的监测和控制 68
参考文献 69
第二篇 同步辐射的实验方法 73
第四章 同步X射线散射 73
第一节 前言 73
一、国际上建有X射线散射线站的同步辐射装置 74
二、同步X射线散射线站的科学目标 74
三、同步X射线散射线束的布置 75
第二节 X射线散射的物理学基础 77
一、汤姆逊散射 78
二、康普顿散射 82
三、荧光X射线散射 83
四、粒子体系的散射 84
五、二相体系的散射 85
六、热漫散射 87
七、X射线拉曼散射 87
九、X射线核共振散射 88
第三节 同步X射线实验线站与应用举例 88
八、X射线磁散射 88
一、同步X射线散射实验线站举例 89
二、同步X射线散射应用举例 91
参考文献 108
第五章 同步X射线衍射 110
第一节 X射线衍射原理基础 110
一、晶体的周期性与对称性 110
二、晶体衍射X射线的基本公式 115
第二节 X射线衍射测定晶体结构 117
一、测定晶体结构的任务 117
二、X射线单晶体衍射 117
三、粉末衍射从头测定晶体结构 120
第三节 多晶体衍射表征多晶体材料 124
一、可从多晶体衍射图上得到的物理量 124
二、利用衍射线的位置和衍射线数量可进行的工作 124
三、利用衍射线强度可进行的工作 125
四、利用衍射线形可进行的研究 126
第四节 同步X射线衍射的实验设备与基本方法 127
一、基本实验设备 127
二、基本实验方法 129
第五节 同步X射线特殊衍射技术与应用 130
一、高分辨X射线衍射 130
二、能量色散与时间分辨衍射 136
三、显微衍射 138
四、掠射和表面衍射 141
五、在位衍射与极端条件衍射 144
六、联合技术 146
参考文献 147
第六章 同步X射线吸收精细结构 149
第一节 X射线吸收精细结构 149
一、X射线吸收光谱与精细结构 149
二、XAFS的发展历程 151
一、低能XANES——边前区 152
第二节 XAFS的单电子理论解释与表式 152
二、XANES——近边区 153
三、EXAFS——广延区 159
第三节 实验装置与数据处理 163
一、X射线吸收谱实验装置 163
二、EXAFS谱的数据处理 167
第四节 XAFS技术应用举例 173
一、非晶态材料与溶液 173
二、催化剂与催化作用 176
三、生物大分子结构研究 180
四、表面与吸附结构 184
五、缺陷与杂质的结构 187
六、环境和地球化学 188
七、用XANES作不同价态元素的定量分析 190
第五节 XAFS的一些发展 191
一、X射线发射光谱与非弹性散射 191
二、联合在位测量与复合光谱 191
三、X射线磁圆二色谱 193
四、极端条件下的XAFS 195
五、时间分辨XAFS 195
六、显微XAFS 197
七、NEXAFS扫描透射X射线显微镜 198
参考文献 199
第七章 同步X射线荧光分析 202
第一节 X射线荧光分析基础知识简介 202
一、特征X射线的产生 202
二、特征X射线强度 205
三、X射线荧光谱的本底来源 206
第二节 同步辐射光源是X射线荧光分析最理想的激发源 209
一、荧光产生截面比较 210
二、X荧光分析灵敏度比较 210
三、不同激发源对样品的损伤比较 212
四、单色X射线可对元素进行特征激发 212
五、同步辐射X荧光法可作微量元素化学态分析 214
第三节 同步辐射X射线荧光分析实验装置 215
一、SXRF对光束线的要求 215
二、SXRF实验站 216
三、X射线谱仪 217
第四节 同步X射线荧光分析 219
一、谱的采集 219
二、谱的分解 220
三、SXRF谱的归一化 221
四、SXRF定量分析方法 222
一、同步辐射微探针 225
第五节 X射线荧光分析技术新进展 225
二、全反射X荧光分析 227
三、同步辐射X荧光图像分析 229
第六节 同步X射线荧光分析应用 232
一、SXRF在生物医学方面的应用 232
二、SXRF在地矿研究中的应用 234
三、SXRF在环保方面的应用 235
四、SXRF在考古中的应用 236
参考文献 237
第一节 引言 239
第八章 同步辐射光电子能谱 239
第二节 基本原理 240
一、光电发射的基本物理过程 240
二、光电离截面和电子逃逸深度 242
三、光电发射中的守恒量和选择定则 244
第三节 实验装置 245
一、光电子能谱仪的基本构成方式 245
二、常规光电子能谱仪中的光源 246
三、能量分析器和电子倍增器 248
第四节 价带光电子能谱 249
一、态密度和能量分布曲线 249
二、固体的能带色散及其确定方法 250
三、偏振选择定则在价带光电子能谱中的应用 253
四、共振光电发射 255
第五节 芯态光电子能谱 257
一、结合能和化学位移 257
二、谱峰的退卷积 259
三、固体样品的成分分析 260
第六节 同步辐射光电子能谱的特殊工作模式 262
一、几种工作模式的比较 262
二、恒定初态谱CIS 262
三、恒定末态谱CFS和部分产额谱PYS 267
第七节 自旋分辨的光电子能谱 270
一、电子的自旋极化及其测量 270
二、自旋和角度分辨的EDC 270
三、非磁性固体的自旋极化光电发射 272
第八节 空间分辨的光电子能谱——光电子显微术 273
一、进行空间分辨测量的意义和困难所在 273
二、两种工作方式：成像和扫描 274
三、应用实例 276
四、结束语 277
参考文献 278
第一节 软X射线显微术概述 279
第九章 软X射线显微术 279
第二节 活细胞的原位高分辨的结构研究与软x射线显微术 284
第三节 软X射线接触显微成像 285
一、SXCM简史 285
二、SXCM与软X射线吸收 286
三、软X射线接触显微成像条件的优化 288
四、活细胞成像中的几个问题 293
五、SXCM图像的读出 294
一、Gottingen透射式X射线显微镜 296
第四节 透射式X射线显微镜 296
二、波带片特性简述 298
三、相衬X射线显微镜实验 300
四、振幅衬度与相位衬度 301
五、辐射剂量和基于相位衬度的X射线显微图像 303
六、透射式X射线显微镜的图像显示 305
第五节 扫描透射式X射线显微镜 307
一、简史 307
二、STXM装置 307
三、成像的时间及对X射线源的要求 308
第六节 软X射线全息显微术 310
一、全息术的基本原理 310
四、酶原颗粒的STXM实验 310
二、低分辨率的软X射线全息显微术是可以实现的 313
三、软X射线全息显微术实验系统 314
第七节 细胞的X射线显微图例和结语 317
参考文献 318
第十章 同步辐射红外光谱 320
第一节 同步辐射红外光源的产生及其特点 320
一、同步辐射红外光源的优点 320
二、红外光束强度随出射角和波长的分布关系 321
三、弯转磁铁边红外辐射光谱的特点 321
五、红外光子能量和波长选择器 324
四、红外光束的引出及其与真空系统的隔离 324
六、红外光子探测器 326
第二节 同步辐射光源在固体红外光学性质研究等领域的应用 326
一、光学常数 326
二、实验方法 329
三、同步辐射红外光源的多种应用领域 332
参考文献 334
第十一章 软X射线磁圆二色 336
第一节 X射线磁圆二色的基本原理 337
一、X射线吸收磁圆二色 337
二、光电子发射X射线磁圆二色 339
三、指定元素的磁性 341
第二节 实验原理和主要实验条件 342
一、实验原理 342
二、主要实验条件和要求 343
三、提高测量灵敏度的有效途径——调制光谱技术 346
第三节 软X射线磁圆二色在科学研究中的应用 347
一、X射线吸收磁圆二色 347
二、光电子发射磁圆二色 351
第四节 同步辐射X射线磁圆二色工作站 358
一、美国 359
二、欧洲 360
参考文献 361
第三篇 同步辐射在一些学科领域中的应用 367
第十二章 同步辐射在生命科学中的应用 367
第一节 生物大分子的三维结构分析 368
一、同步辐射和结构生物学 368
二、蛋白质的基本结构 369
三、蛋白质的三维结构与生物学功能 371
第二节 药物的分子设计 375
一、基本原理 375
二、设计实例 376
一、基本原理 377
第三节 生命过程的分子动态“电影” 377
二、实例和进展 378
第四节 生命科学其他研究领域中的应用 379
一、蛋白质工程 379
二、生物大分子的x射线吸收波谱学 379
三、蛋白质折叠 380
四、生物膜结构 381
五、活细胞的软X射线显微术 381
参考文献 382
第一节 基于同步辐射的医学应用研究项目 384
第十三章 同步辐射在医学研究中的应用 384
一、经静脉冠状动脉造影 385
二、同步辐射支气管造影 385
三、单色X射线CT 385
四、乳腺癌诊断 386
五、肿瘤的微束放射治疗MRT 386
六、光子活化放射治疗 387
七、同步辐射相衬成像 387
第二节 冠状动脉血管造影的医学背景 387
第三节 双色减影冠状动脉造影 389
第四节 同步辐射冠状动脉心血管造影系统 390
一、扭摆器 392
二、单色器 393
三、探测成像系统 397
四、计算机系统 399
五、病人辐照座椅控制系统 400
六、安全系统 401
第五节 同步辐射冠状动脉血管造影医学临床应用现状和前景 402
参考文献 404
第十四章 同步辐射在聚合物科学中的应用 407
第一节 聚合物结构简述 407
一、相干X射线散射斑纹谱研究嵌段聚合物二维海岛结构 408
第二节 同步X射线散射在聚合物研究中的应用 408
二、磁场诱导聚合物侧链型液晶(MAPB、APB、MPB)的凝聚态结构 409
三、流动场中氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物的SAXS 413
四、应力场中高密度聚乙烯(HDPE)与线形低密度聚乙烯(LLDPE)的响应 414
五、聚乙烯(PE)熔体在结晶初期折叠链片晶的整数倍增厚 417
六、低分子量聚氧化乙烯(PEO)非整数折叠向整数折叠链的结晶转变 420
七、实时RT-SR-WAXS与SAXS测量聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的膨胀率 422
八、流动场中聚乙烯(PE)相结构的在场研究 424
九、微量催化剂对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)结晶速率与晶格畸变的影响 427
十、温度场诱发聚氨酯(PU)仿肌纤结构的变化 431
十二、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的时分TR-SAXS研究 432
十一、微区衍射研究BIOPOL聚合物的球晶结构 432
十三、水凝胶微球内部结构的TR-SAXS研究 434
十四、互贯聚合物网络(IPN)的相态与结构分析 435
十五、偏振XANES研究经摩擦聚合物(PI)表面链的排布 436
十六、聚-L-谷氨酸-γ-苯甲酯(PBLG)在空气/水界面上浮置膜的掠入射衍射(GID)研究 437
十七、软X射线光降解聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)机制的研究 439
十八、嵌段共聚物在振动切应变过程中的TR-SAXS研究 440
参考文献 441
第十五章 同步辐射在非晶态材料中的应用 442
第一节 非晶态材料简介 442
一、X射线分析技术 444
第二节 研究非晶态的实验方法 444
二、各种显微镜 445
三、各种能谱和光谱技术 446
第三节 同步辐射应用举例 446
一、金属玻璃结构的研究 446
二、氧化物玻璃结构及结构与功能关系的研究 450
三、熔体结构的研究 454
四、溶液与胶体 457
五、表面与界面 460
参考文献 462
第十六章 同步辐射在催化中的应用 464
一、Ni2＋在Y分子筛中的分散位置 465
第一节 催化剂结构及与制备过程关系的研究 465
二、TiO2(110)单晶平面上Mo原子簇结构的各向异性及与活性的关系 466
三、Ni(acac)2/AIEt2(OEt)/己烯中Ni的配位结构 467
四、无载体MoS2催化剂 468
五、粉末衍射从头测定分子筛的晶体结构 468
六、两种含钴催化剂的电子结构 470
七、NiO在NaY分子筛上的分散 471
第二节 催化剂结构与催化性能的关系 472
一、载体对Pt催化燃烧反应的影响 472
二、［RU6C］原子簇的催化作用及与结构的关系 474
一、加入γ-Al2O3对Cu/ZnO催化剂使用过程中结构的影响 476
第三节 使用过程中催化剂结构的变化、失活与再生 476
二、钼酸镍与含硫物反应的化学 479
第四节 表面与吸附结构的研究 480
一、胶体纳米TiO2表面与抗坏血酸分子的联接 480
二、吸附H对Pt表面电子态的影响 481
三、CI在Ni(111)上的吸附位置 482
第五节 催化反应机理的研究 483
一、双核钼原子簇催化乙醇氧化制醛的反应历程 483
二、［Co(Ⅱ)］4/Al2O3催化CO氧化的反应历程 483
三、乙醇脱水反应中催化剂Nb原子簇的结构变化与反应机理 484
四、SO2在贵金属表面的反应 487
参考文献 488
第十七章 同步辐射推进微电子技术和微电子机械系统的发展 490
第一节 微电子技术和微电子机械系统发展需要新型光源 490
一、微电子技术工艺发展迅速 490
二、微电子机械系统发展前景广阔 493
三、同步辐射为微电子及微电子机械系统工艺发展开辟了新途径 493
第二节 光刻 494
一、同步辐射是理想的X射线曝光光源 494
二、光束线站的设计概要 496
三、关于光刻掩模的研究 498
四、干法表面成像刻蚀工艺 500
五、碳化硅刻蚀 501
六、GaAs刻蚀 502
七、LIGA技术 503
第三节 同步辐射光化学反应低温薄膜工艺 503
一、硅“原子层外延” 503
二、选择性硅外延 506
三、选择性硅基碳化硅外延 506
四、二氧化硅薄膜淀积 507
第四节 辐射改性 510
一、固相外延 510
二、Ⅲ-V族化合物半导体表面改性 512
参考文献 512