同步辐射应用概论

课程编码：082700M02002H 英文名称：Introduction to synchrotron radiation applications 课时：50 学分：3.00 课程属性：一级学科普及课 主讲教师：吴忠华等

本课程将向相关专业研究生介绍同步辐射基本原理、同步辐射光束线及实验站工作原理，以及依托同步辐射光源的相关实验技术理论、方法与应用。主要授课内容包括：同步辐射基本原理；典型光束线和实验站工作原理；未来光源的发展趋势；同步辐射X射线衍射技术及其应用；同步辐射X射线成像技术及应用；同步辐射X射线吸收谱学技术及应用。

本课程的教学目的：传授相关学科专业研究生有关同步辐射光源、同步辐射光束线站装置、同步辐射实验技术与应用的基础知识；训练研究生利用先进的同步辐射实验技术开展科学研究的能力；引导研究生依托同步辐射大科学装置提供的多种实验手段向多学科协同研究的方向发展。

本课程的教学要求：通过本课程的教学，要求选课研究生知晓同步辐射光源、X-射线自由电子激光等现代先进X射线源的基本原理；熟悉同步辐射相关实验装置的工作原理；掌握同步辐射相关实验技术及数据处理方法，并能用于解决实际的科研问题；了解当今先进光源、同步辐射相关实验技术与应用的发展方向。

教学手段与方法：以课堂讲授为主，课后思考题督促自学。
考核方式：课堂开卷（2课时，可以携带纸质材料、计算器；严禁通讯）

普通物理、高等数学或材料学基础

第一章 同步辐射光源 3学时 吴忠华
第1节 同步辐射光源发展史
第2节 同步辐射发光元件：弯铁、扭摆器和波荡器
第3节 同步辐射光源的光谱性质
第二章 同步辐射线站 6学时 吴忠华
第1节 硬X射线光束线和实验站
第2节 软X射线和真空紫外光束线和实验站
第3节 红外光束线和实验站
第4节 同步辐射实验技术
第5节 辐射防护
第三章 X射线衍射基本原理 3学时 吴忠华
第1节 高分辨X射线衍射
第2节 极端条件下的衍射
第3节 蛋白质晶体学
第四章 光源的发展 3学时 吴忠华
第1节 自由电子激光
第2节 衍射极限光源和ERL
第五章 同步辐射X射线成像技术的发展和应用 3学时 吴忠华
第1节 同步辐射X射线成像技术的发展和应用
第2节 光传播的物理性质
第六章 X射线相位衬度成像 3学时 吴忠华
第1节 X射线相位衬度成像的基本原理
第七章 X射线CT成像 3学时 吴忠华
第1节 X射线CT成像原理，难点在X射线相位CT成像
第八章 X射线显微成像 3学时 吴忠华
第1节 X射线显微镜成像，包括纳米分辨三维成像和微探针扫描成像
第九章 相干X射线成像 3学时 吴忠华
第1节 相干X射线成像
第十章 X射线吸收谱学基础 3学时 吴忠华
第1节 X射线散射与吸收
第2节 X射线与物质作用的应用
第3节 X射线吸收系数与X射线吸收边
第十一章 X射线吸收精细结构原理 3学时 吴忠华
第1节 XAFS发展简史
第2节 XAFS原理与理论简介
第3节 影响XAFS振幅的理论因素
第4节 分布函数，多重散射，XAFS分区
第十二章 X射线吸收谱实验装置 3学时 吴忠华
第1节 XAFS光源与单色器
第2节 探测器，准直镜，聚焦镜等其他设备
第3节 XAFS束线与相关实验装置
第十三章 X射线吸收谱实验方法 3学时 吴忠华
第1节 XAFS方法信噪比分析
第2节 XAFS实验影响因素
第3节 XAFS实验与示例
第十四章 EXAFS数据分析方法 3学时 吴忠华
第1节 XAFS数据分析过程
第2节 其他XAFS数据分析方法
第3节 XAFS误差分析与国际规范
第十五章 X射线吸收谱应用 3学时 吴忠华
第1节 XAFS在固溶体中的应用举例
第2节 XAFS在纳米材料与化学中的应用举例
第3节 XAFS在2D材料与界面中的应用举例
第4节 XAFS在生物金属蛋白中的应用举例
第十六章 课程考试 2学时 吴忠华
第1节 课堂开卷考试

吴忠华：
中国科学院高能物理研究所研究员,博士生导师。自2010年开始在中国科学院大学担任《同步辐射应用概论》一课的授课教师至今。主要从事同步辐射X射线衍射、小角X射线散射、和X射线吸收谱学方法的研究，以及新材料结构的同步辐射应用研究。负责同步辐射小角X射线散射实验站和X射线衍射实验站的工程、运行、维护与研究工作，在北京同步辐射装置(BSRF)上发展了衍射异常精细结构(DAFS)技术、掠入射小角散射(GISAXS)技术、小角散射与广角衍射(SAXS/WAXS)联合技术。主持完成国家项目“BEPCII重大工程改造升级”中的子课题“北京同步辐射装置4B9A光束线的升级改进”、“北京同步辐射装置1W2A光束线小角实验站新建”、以及适用于时间分辨Ｘ射线衍射全谱测量的“Mythen探测器系统”建设等工程任务。完成多项国家自然科学基金面上、重点项目、和中国科学院项目多项，先后对固溶体原子结构与理论模型、高温熔体结构、生物相关体系结构、碳纤维材料结构、以及纳米材料制备与表征进行过研究，在国际学术刊物上发表署名学术论文300多篇。1996年获中国科学院自然科学奖二等奖1项（排名第三），2012年获北京市科学技术二等奖1项（排名第一）。作为项目负责人，目前正在承担大科学装置前沿研究国家重点专项任务1项。
董宇辉：
中国科学院高能物理研究所研究员，博士生导师。自2005年开始在中国科学院大学（中国科学院研究生院）担任《同步辐射应用概论》一课的授课教师至今。主要从事基于同步辐射和X射线自由电子激光的蛋白质晶体学、小角X射线散射方法学的研究，以及蛋白质复合物结构和功能研究。在发展蛋白质结构解析先进实验技术和方法学方面，曾推进蛋白质晶体衍射与X射线小角散射方法相结合研究蛋白质溶液结构，首创了一种不需要反常散射或同晶置换即可解析全新蛋白结构的相位迭代法（被美国物理学会的同行评价为“相位解析问题上的重要进展”）；发明了对参与衍射的蛋白质晶体尺寸进行校正、使得必需的衍射画面数目降低一个数量级等方法，推动了X射线自由电子激光应用于晶体结构解析的技术进步；在大科学装置研发方面，主持北京同步辐射装置生物大分子晶体学实验站的建设，为国内蛋白质结构研究提供了一个可靠高效的实验平台；现任“十三五”国家重大科技基础设施“高能同步辐射光源”项目副经理，负责科学目标确定和光束线站建设和技术研发。
张凯:
中国科学院高能物理研究所研究员，博士生导师。