Insertion Devices for Synchrotron Radiation and Free Electron Laser pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Ciocci, F.

出品人:

页数:358

译者:

出版时间:2000-1

价格:341.00元

装帧:HRD

isbn号码:9789810238322

丛书系列:

图书标签:

• Synchrotron Radiation
• Free Electron Lasers
• Insertion Devices
• Beam Physics
• Accelerator Physics
• X-ray Optics
• Undulators
• Wigglers
• Magnetic Devices
• Radiation Sources

聚焦微观世界：操控光束的前沿技术 本书将带您深入探索现代科学研究中至关重要的两大光源——同步辐射光源（Synchrotron Radiation Sources）和自由电子激光器（Free Electron Lasers）——的核心技术。这两类光源以其独特的、可调谐的宽光谱辐射，为理解物质的微观结构、探索化学反应的瞬时过程、揭示生物大分子的三维构象，以及开发新材料等领域提供了前所未有的强大工具。 本书将围绕“插入件”（Insertion Devices）这一关键组成部分展开，详尽阐述其在产生高强度、高度准直的同步辐射和自由电子激光方面所扮演的角色。插入件，顾名思义，是将特制的磁体阵列插入到加速器环的直线段中，通过精确控制电子束穿过这些磁场时的运动轨迹，诱导出强大的电磁辐射。 同步辐射光源中的插入件： 我们将首先聚焦于同步辐射光源。理解同步辐射的产生机制是基础。当带电粒子（通常是电子）在磁场中沿曲线运动时，会沿运动轨道的切线方向辐射出电磁波，这就是同步辐射。而插入件的出现，极大地提升了同步辐射的强度和亮度。 周期性磁体（Undulators）与摆动器（Wigglers）： 本书将详细介绍两种主要的插入件类型：摆动器和周期性磁体。摆动器通过一系列极性交替的磁体，使电子束发生小幅度的摆动，产生强度相对较低但谱宽较宽的同步辐射。而周期性磁体，特别是高性能的扭摆器（undulator），通过更密集、更强的磁体阵列，使电子束产生高频、小幅度的周期性摆动。这种摆动能够诱导电子束发射出极其明亮、高度单色、具有强偏振性的辐射，极大地提升了同步辐射的亮度。 磁体设计与结构： 我们将深入探讨周期性磁体的设计原则，包括磁体材料的选择（如钕铁硼、钐钴等）、磁极构型（如偶极、四极、六极、多极等）以及磁场梯度和周期长度的优化。同时，还会介绍周期性磁体的制造工艺，如磁体极片的精密加工、组装以及磁场测量的技术。 电子束与插入件的相互作用： 详细分析电子束的束流强度、束团长度、横向尺寸以及能量与插入件磁场之间的相互作用。理解这些参数如何影响辐射的功率、谱特性、方向性和极化度至关重要。 插入件的先进设计： 介绍各种先进的周期性磁体设计，例如： 多周期扭摆器（Multi-period undulators）： 通过增加周期数量来提高辐射亮度。 高场扭摆器（High-field undulators）： 使用更高强度的磁场，以产生更短波长的辐射（如X射线）。 可调谐扭摆器（Tunable undulators）： 通过改变磁体间隙或磁极配置，实现辐射光谱的连续调谐。 偏振可控插入件（Polarization-controlled insertion devices）： 设计能够产生线偏振、圆偏振或椭圆偏振辐射的插入件，以满足不同实验需求。 渐变周期扭摆器（Tapered undulators）： 用于自由电子激光器，其磁场周期或强度随电子束能量损失而变化，以维持激光的相干性。 同步辐射应用中的插入件： 探讨不同类型插入件如何服务于各种实验技术，如X射线衍射、X射线吸收光谱、X射线成像、薄膜表征、蛋白质晶体学等。 自由电子激光器（FEL）中的插入件： 自由电子激光器代表着激光技术的新前沿，它能够产生覆盖从紫外到X射线的超强、超短脉冲激光。其核心同样在于插入件，只不过在FEL中，它扮演着放大辐射的“增益介质”角色。 自由电子激光的基本原理： 简述自由电子激光的工作机制。电子束在长周期、高磁场强度的周期性磁场（即FEL插入件）中，会与自身产生的电磁辐射发生共振相互作用。这种相互作用导致电子束发生微聚束（microbunching），从而在特定的波长上产生相干辐射，并被进一步放大，最终形成高强度激光。 FEL插入件的设计要求： 与同步辐射插入件相比，FEL插入件对磁场强度、周期长度、精度以及电子束的匹配性有更高的要求。需要精确控制磁场梯度和周期的变化，以实现高效的电子束聚束和能量传递。 高增益自由电子激光（High-gain FELs）： 重点介绍能够实现高增益的FEL插入件设计，包括： 长周期、高强度扭摆器（Long-period, high-field undulators）： 产生高能量光子的X射线FEL，需要使用更长的周期和更强的磁场。 渐变周期插入件（Tapered undulators）： 如前所述，用于补偿电子束能量损失，维持增益。 聚焦系统（Focusing systems）： 介绍如何在插入件内部或外部集成聚焦系统，以维持电子束和辐射束的共传播，提高增益效率。 FEL的两种工作模式： 介绍自放大自辐射（SASE）和种子激光放大（Seeded FEL）模式。SASE是FEL的最基本工作模式，而种子激光放大则利用外部种子激光来控制FEL的输出波长和相干性，从而获得更高质量的激光。 FEL应用的前景： 展望FEL在材料科学、原子分子物理、核物理、生命科学（如单分子成像、时间分辨动力学研究）等领域的革命性应用。 综合讨论与未来展望： 本书还将涵盖插入件相关的工程挑战，如高精度磁体制造、真空技术、热管理、对准和稳定性控制等。同时，会探讨插入件技术的最新发展趋势，包括新型磁体材料、先进的磁场调控技术、以及将插入件集成到小型化、低成本光源中的可能性。 通过对插入件这一核心技术的深入剖析，本书旨在为读者提供一个全面、系统的知识框架，帮助理解同步辐射和自由电子激光的强大能力，并激发对这些前沿科学工具在未来研究中的进一步探索。

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我最近在进行一项关于软X射线成像的研究，迫切需要一本能够系统梳理插入件理论基础的参考书。我期望这本书不仅仅停留在现象的描述，而是能深入到物理机制的底层。比如，对于永磁材料的选择和退磁效应的长期影响，书中是否提供了实用的指导？我特别关注的是，在设计用于特定波长范围（比如深紫外或硬X射线）的插入件时，如何平衡磁铁的周期长度、偏转角和磁场的强度。一个优秀的教材，应该能清晰地展示这些设计参数之间的耦合关系。更进一步说，如果书中能引入一些现代计算电磁学的工具和方法论，例如有限元分析（FEA）在磁体结构优化中的应用，那将是极大的加分项。我希望读完后，能够对如何设计一个具有特定输出光谱特性的插入件系统拥有扎实的、可操作的知识，而不是仅仅停留在对现有装置的描述上。那种能够让你在纸上就能大致推算出特定磁体阵列输出功率谱的能力，才是我衡量一本专业书籍价值的关键标准。

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从一个更宏观的视角来看，我关注的重点在于，这本书如何定位和展望未来插入件技术的发展方向。例如，对于超导插入件、高谐波产生技术（如多周期波荡器或混合结构），以及如何将人工智能或机器学习方法应用于插入件的实时优化控制方面，是否有涉及？这些前沿领域是决定下一代同步辐射光源性能的关键。我希望作者能够提供一个清晰的路线图，展示当前技术的极限在哪里，以及未来突破可能出现的瓶颈。这本书如果能超越对现有技术的简单总结，而是富有前瞻性地提出一些颠覆性的概念或设计思路，比如用于太赫兹或太远紫外区域的特殊插入件构型，那它就不仅仅是一本参考书，更是一份行业指南。我渴望了解那些尚未在主流设备中实现，但潜力巨大的创新概念，这能激发我自身的科研灵感。

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这本书的价值，对我这位侧重于光束线工程实施的工程师来说，更在于其实用性。我们日常工作中经常需要调试现有光束线上的插入件，解决诸如光束漂移、焦点质量下降等问题。因此，我非常期待书中能够详细介绍如何利用诊断工具（比如光束剖面监视器、光谱仪）来反推插入件内部磁场的实际偏差，并提供相应的补偿策略。例如，如何通过微调补偿磁铁（Corrector Magnets）来校正因安装误差或温度变化导致的磁场非理想性。如果书中能提供一套系统的故障排除指南，分析常见的设计缺陷（如磁铁交错、磁极未对准）如何具体影响最终的辐射光束质量，那将是工程人员的福音。我希望看到的不仅仅是“是什么”，更是“为什么会这样”和“如何去修正它”，将物理原理转化为可执行的工程操作流程。

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坦白说，我更倾向于那种风格严谨、图表详实的专业著作，而不是泛泛而谈的应用介绍。这本书的标题暗示了其面向的读者群体具备一定的物理基础。我非常好奇，在自由电子激光（FEL）部分，书中是如何处理电子束与辐射场的非线性相互作用的？特别是，对于种子FEL（Seeded FEL）和自放大FEL（Self-Amplified Spontaneous Emission, SASE）模式下，插入件的作用机制有何本质区别？我猜测，书中可能会详细剖析了电子束的能量“晃动”（bunching）过程，以及如何通过优化插入件的长度和场强分布来最大化相干增益。如果书中能包含一些历史性的发展脉络，例如从早期磁铁结构到现代高精度可调谐插入件的发展历程，那会帮助我更好地理解当前技术的局限性与突破点。我希望这本书的论述逻辑是严密的，每一个结论都有坚实的数学基础支撑，能够让我反复查阅和验证其中的公式推导，而非只是被动地接受结论。

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这本《Insertion Devices for Synchrotron Radiation and Free Electron Laser》的书，从书名上看，定然是深入探讨了同步辐射和自由电子激光领域的核心技术——插入件装置。我一直对高能物理和光子科学抱有浓厚的兴趣，尤其是在探索如何高效产生和操控强相干光源方面。因此，我非常期待这本书能提供对这些复杂光学系统的详尽解析。我猜想，书中必然会涵盖从磁铁设计、误差分析到实际的束流动力学模拟的方方面面。例如，在讨论波荡器（Undulator）时，想必会深入到如何通过精确控制磁场梯度来实现最佳的谐波产生效率，以及如何应对实际操作中不可避免的场强不均匀性。此外，对于扭摆器（Wiggler）的设计权衡，即在增加辐射通量和控制光束带宽之间的抉择，想必也会有深入的数学模型和工程实例来支撑。如果书中还能触及到像共振效应、非线性效应在这些装置中引起的辐射特性变化，那无疑会大大增加其学术价值。毕竟，这些尖端的光源性能往往受制于插入件的微小设计差异，这本书如果能将理论推导与尖端实验室的实践经验紧密结合，对我而言，将是一本不可多得的宝典，能帮助我构建一个更全面的理解框架，尤其是在理解新一代光源的设计趋势方面。

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