Синхротронная радиация

Основы электродинамики и излучения заряженных частиц
- Классическая электродинамика заряженных частиц
- Излучение ускоренных зарядов: формула Лармора
- Релятивистская электродинамика
- Излучение релятивистских заряженных частиц
- Эффект Доплера и аберрация излучения
- Радиационное торможение и потери энергии
Движение заряженных частиц в магнитных полях
- Уравнения движения заряженной частицы в магнитном поле
- Циклотронное движение нерелятивистских частиц
- Релятивистское движение в однородном магнитном поле
- Движение в неоднородных магнитных полях
- Адиабатические инварианты
- Дрейфовые движения в скрещенных полях
Циклотронное и синхротронное излучение: теоретические основы
- Излучение нерелятивистской частицы в магнитном поле
- Переход к релятивистскому случаю
- Мощность синхротронного излучения
- Спектральные характеристики синхротронного излучения
- Поляризация синхротронного излучения
Математический аппарат синхротронного излучения
- Функции Бесселя и их модификации
- Интегралы от функций Бесселя
- Асимптотические разложения специальных функций
- Численные методы вычисления спектральных функций
- Приближения для различных частотных диапазонов
Классическая теория синхротронного излучения
- Критическая частота и характерные энергии фотонов
- Полная излучаемая мощность
- Спектральное распределение энергии
- Временная структура излучения
- Когерентность синхротронного излучения
Квантовые эффекты в синхротронном излучении
- Квантовая электродинамика в магнитном поле
- Уровни Ландау для релятивистских частиц
- Квантовые поправки к классической теории
- Квантовые флуктуации и случайная отдача
- Квантовое возбуждение пучка
- Предел применимости классической теории
Источники синхротронного излучения
- Ранние эксперименты и открытие синхротронного излучения
- Синхротроны как источники излучения
- Накопительные кольца и их преимущества
- Линейные ускорители свободных электронов
- Специализированные источники синхротронного излучения
- Эволюция технологий источников
Магнитные системы и ондуляторы
- Поворотные магниты в накопительных кольцах
- Вигглеры: принцип действия и характеристики
- Ондуляторы и их отличие от вигглеров
- Излучение в периодических магнитных структурах
- Параметр ондулятора и режимы излучения
- Многополюсные вигглеры и ондуляторы
Характеристики пучков в накопительных кольцах
- Динамика частиц в накопительных кольцах
- Эмиттанс пучка и его эволюция
- Синхротронные колебания
- Бетатронные колебания
- Квантовое возбуждение и равновесный эмиттанс
- Время жизни пучка и механизмы потерь
Свойства синхротронного излучения
- Широкий спектральный диапазон
- Высокая яркость и интенсивность
- Естественная коллимация
- Временная структура и импульсный характер
- Поляризационные свойства
- Когерентность и частичная когерентность
Поляризация синхротронного излучения
- Круговая поляризация вне плоскости орбиты
- Поляризация излучения ондуляторов
- Эллиптически поляризованные ондуляторы
- Измерение и контроль поляризации
- Применения поляризованного излучения
Временные характеристики синхротронного излучения
- Импульсная структура излучения
- Частота повторения импульсов
- Корреляционные свойства
- Флуктуации интенсивности
- Временное разрешение экспериментов
Пространственная когерентность
- Определение пространственной когерентности
- Теорема Ван Циттерта-Цернике для синхротронного излучения
- Измерение когерентности
- Влияние размеров источника на когерентность
- Применения когерентного излучения
- Частично когерентная оптика
Оптические элементы для синхротронного излучения
- Зеркала для жесткого рентгеновского излучения
- Кристаллические монохроматоры
- Многослойные зеркала
- Зонные пластинки и дифракционная оптика
- Капиллярная оптика
- Адаптивная оптика для синхротронного излучения
Монохроматоры и их характеристики
- Принципы работы кристаллических монохроматоров
- Дублетные и четверные монохроматоры
- Монохроматоры с изогнутыми кристаллами
- Многослойные монохроматоры
- Дифракционные решетки для мягкого рентгена
- Разрешающая способность и эффективность
Детекторы синхротронного излучения
- Газовые детекторы
- Сцинтилляционные детекторы
- Полупроводниковые детекторы
- Фотоэмиссионные детекторы
- Двумерные детекторы и матрицы
- Быстрые детекторы для временного разрешения
Экспериментальные станции и методики
- Принципы проектирования пучковых линий
- Защита от излучения и безопасность
- Вакуумные системы
- Системы управления и автоматизации
- Калибровка и стандартизация измерений
- Обработка экспериментальных данных
Рентгеновская дифракция с использованием синхротронного излучения
- Преимущества синхротронного излучения в дифракции
- Порошковая дифракция высокого разрешения
- Монокристальная дифракция
- Аномальная дисперсия и MAD-методы
- Временно-разрешенная дифракция
- Дифракция под высоким давлением
Рентгеновская спектроскопия поглощения
- Основы XAFS спектроскопии
- XANES и структура ближнего порядка
- EXAFS и дальний порядок
- Обработка и анализ XAFS данных
- Применения в материаловедении и катализе
- Временно-разрешенная XAFS спектроскопия
Малоугловое рентгеновское рассеяние
- Теория малоуглового рассеяния
- SAXS для исследования наноструктур
- Исследование биологических систем
- Рассеяние в растворах и коллоидах
- Аномальное малоугловое рассеяние
- Временно-разрешенное SAXS
Рентгеновская микроскопия и томография
- Принципы рентгеновской микроскопии
- Зонные пластинки как объективы
- Сканирующая рентгеновская микроскопия
- Полнопольная микроскопия
- Томографическая реконструкция
- Применения в биологии и материаловедении
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
- Фотоэлектрический эффект и его использование
- Энергетическое разрешение и интенсивность
- Химические сдвиги и структура вещества
- Угловое разрешение в фотоэмиссии
- Микро-XPS и пространственное разрешение
- Временно-разрешенная фотоэмиссия
Мягкая рентгеновская спектроскопия
- Особенности мягкого рентгеновского диапазона
- L и M края поглощения
- Флуоресцентная спектроскопия
- Фотоэмиссионная электронная микроскопия
- Исследование магнитных свойств
- Спектроскопия поверхностей и интерфейсов
Магнитные исследования
- Рентгеновский магнитный дихроизм
- XMCD и орбитальные моменты
- Рентгеновское магнитное рассеяние
- Исследование магнитных доменов
- Спин-разрешенная фотоэмиссия
- Временная динамика магнетизма
Высокоэнергетическая рентгеновская физика
- Жесткое рентгеновское излучение высокой энергии
- Комптоновское рассеяние
- Ядерные резонансы в синхротронном излучении
- Мёссбауэровская спектроскопия
- Исследования при экстремальных условиях
- Рентгенорадиография и контроль качества
Когерентные методы исследования
- Когерентная дифракционная микроскопия
- Фазовые методы восстановления изображений
- Голографические методы
- Спекл-интерферометрия
- Корреляционная спектроскопия фотонов
- Когерентные переходные явления
Временно-разрешенные исследования
- Импульсная структура синхротронного излучения
- Стробоскопические методы
- Pump-probe эксперименты
- Исследование быстрых процессов в веществе
- Фемтосекундная кристаллография
- Динамика фазовых переходов
Исследования при экстремальных условиях
- Эксперименты при высоких давлениях
- Алмазные наковальни и синхротронное излучение
- Исследования при высоких температурах
- Криогенные эксперименты
- Исследования в сильных магнитных полях
- Комбинированные экстремальные условия
Биологические применения синхротронного излучения
- Структурная биология и кристаллография белков
- Исследования нуклеиновых кислот
- Малоугловое рассеяние биомакромолекул
- Рентгеновская микроскопия живых клеток
- Элементный анализ биологических образцов
- Медицинские применения
Материаловедение и нанотехнологии
- Исследование кристаллической структуры материалов
- Анализ дефектов и напряжений
- Характеризация наноматериалов
- Исследование тонких пленок и многослойных структур
- Катализ и поверхностные явления
- Электронные и магнитные свойства материалов
Экологические и геологические применения
- Исследование минералов и горных пород
- Анализ загрязнений окружающей среды
- Исследование почв и осадков
- Геохимические процессы
- Климатические исследования
- Археометрия и исследование культурного наследия
Промышленные применения
- Контроль качества в промышленности
- Неразрушающий контроль материалов
- Анализ катализаторов
- Исследование коррозии и износа
- Текстурный анализ
- Фазовый анализ в металлургии
Источники синхротронного излучения четвертого поколения
- Лазеры на свободных электронах
- Принцип работы и особенности XFEL
- Сверхкороткие импульсы и высокая пиковая мощность
- Когерентность излучения XFEL
- Нелинейные процессы в рентгеновском диапазоне
- Перспективы развития XFEL
Современное состояние и тенденции развития
- Крупнейшие синхротронные центры мира
- Технические характеристики современных источников
- Новые методы ускорения и накопления частиц
- Сверхпроводящие технологии
- Автоматизация и дистанционное управление экспериментами
- Интеграция с другими методами исследования
Будущие направления развития
- Компактные источники синхротронного излучения
- Лазерно-плазменные источники
- Новые типы ондуляторов и вигглеров
- Сверхвысокое временное разрешение
- Квантовые эффекты в рентгеновской оптике
- Перспективы применения в квантовых технологиях
Практические аспекты работы с синхротронным излучением
- Планирование эксперимента
- Подготовка образцов
- Безопасность при работе с излучением
- Статистическая обработка данных
- Моделирование экспериментов
- Международное сотрудничество и доступ к установкам
Математические методы и вычислительные аспекты
- Численное моделирование синхротронного излучения
- Методы Монте-Карло
- Волновая оптика и распространение излучения
- Алгоритмы восстановления фазы
- Обработка больших массивов данных
- Машинное обучение в анализе данных
Заключение и перспективы
- Роль синхротронного излучения в современной науке
- Влияние на развитие физики и смежных наук
- Технологические достижения и спин-офф эффекты
- Образовательные аспекты
- Социально-экономическое значение
- Вызовы и возможности будущего развития