具体描述
This is the only handbook available on X-ray data. In a concise and informative manner, the most important data connected with the emission of characteristic X-ray lines are tabulated for all elements up to Z = 95 (Americium). The tabulated data are characterized and, in most cases, evaluated. Furthermore, all important processes and phenomena connected with the production, emission and detection of characteristic X-rays are discussed.
光谱的奇迹：现代原子与分子光谱学导论 （A Modern Introduction to Atomic and Molecular Spectroscopy） 作者： 费尔南多·瓦伦丁 (Fernando Valentín) 出版社： 普林斯顿大学出版社 出版年份： 2024 页数： 850 页 装帧： 精装 --- 内容简介 《光谱的奇迹：现代原子与分子光谱学导论》是一部旨在为物理学、化学、材料科学以及天体物理学领域的高年级本科生和研究生提供坚实理论基础与前沿实践指导的权威教科书。本书的核心目标是系统性地阐述电磁辐射与物质相互作用的基本原理，并深入挖掘由此产生的各类光谱现象在解析物质结构、理解动力学过程以及揭示宇宙奥秘方面的巨大潜力。 本书的结构设计遵循从基本原理到复杂应用的渐进式逻辑，确保读者能够建立起清晰的知识脉络。全书共分为四个主要部分，涵盖了量子力学基础、原子光谱、分子光谱以及先进光谱技术应用。 --- 第一部分：光谱学的基石——量子理论与相互作用 本部分奠定了理解所有光谱现象所需的量子力学框架。我们首先回顾了波粒二象性、薛定谔方程及其在束缚态问题中的应用，特别是对氢原子能级的精确求解，这为后续所有原子光谱分析提供了基准模型。 随后，重点深入探讨了辐射场与物质的相互作用。我们详细分析了半经典理论中偶极辐射的产生机制，引入了爱因斯坦的自发辐射系数 ($A$) 和受激辐射系数 ($B$) 的概念，并阐述了它们与跃迁概率之间的关系。随后，本书转向更为精确的量子电动力学（QED） 视角，引入了费金法则（Fermi's Golden Rule） 作为计算跃迁强度的核心工具，并详细讨论了选择定则在确定哪些跃迁是“允许的”和“禁戒的”过程中所扮演的关键角色。我们还对光谱线型（如洛伦兹线型、高斯线型）的形成机制，包括多普勒展宽、压力展宽和自然线宽进行了详尽的讨论。 --- 第二部分：原子光谱的精细结构与内部对称性 第二部分将理论应用于原子系统。我们首先扩展了单电子原子模型，引入了精细结构的修正，包括电子自旋的概念和泡利不相容原理。随后，本书进入了复杂原子的核心——角动量耦合理论。 详细阐述了斯莱特积分和矢量加成法则。核心内容集中于LS 耦合（或称 Russell-Saunders 耦合），解释了如何利用总轨道角动量 $mathbf{L}$ 和总自旋角动量 $mathbf{S}$ 来定义原子的能级项符号（Term Symbols），并推导出洪特定律（Hund's Rules） 来确定基态的精确排布。 更进一步，本书探讨了精细结构和超精细结构。对于精细结构，我们引入了总角动量 $mathbf{J}$，并运用赫尔曼-费施纳方程（Hermann-Feshbach Equation） 来计算不同 $J$ 态之间的能量分裂。在超精细结构方面，本书系统阐述了核磁矩与电子轨道运动的相互作用，导出了确定核自旋 $I$ 相关的光谱分裂的理论框架，这对于高分辨率原子光谱技术（如原子钟和磁共振成像原理的早期理解）至关重要。 --- 第三部分：分子光谱学的多维度探索 分子由于其内部自由度（平动、转动、振动和电子激发）的存在，其光谱远比原子光谱复杂。本部分致力于解构这些复杂的分子光谱。 转动光谱（微波光谱）： 我们从刚性转子模型出发，推导了转动能级公式 $E_J = B J(J+1)$，并详细分析了其在纯微波区域产生的偶极跃迁谱线。随后，我们引入了非刚性转子模型，考虑了离心场效应，修正了能级公式，并讨论了双原子分子和简单多原子分子（如线形、角形分子）的转动常数 $B$ 如何直接反映分子键长。 振动光谱（红外光谱）： 基于简谐振子模型，推导出振动能级 $E_v = hbar omega (v + 1/2)$，并讨论了其选择定则。本书着重分析了非简谐性对能级结构的影响，引入了克尔效应（Kerr Effect） 的初步概念，以解释强场作用下的振动光谱变化。我们还详细讨论了拉曼散射的理论基础，将其与红外吸收光谱进行对比，强调了拉曼散射中对称性和反对称性对活性模式判定的重要性，特别是互补定则（Mutual Exclusion Rule） 在中心对称分子中的应用。 电子光谱： 本部分将原子激发理论扩展到分子体系，讨论了 $sigma, pi, n$ 轨道之间的电子跃迁。我们引入了劳厄-朗之万方程（Langevin Equation） 的概念来描述激发态分子的弛豫过程，并详细分析了伍德斯效应（Wood's Anomalous Dispersion） 及其在分子吸收光谱中的体现。对复杂分子，本书运用邦德-诺德希姆（Birge-Sponer）图 来分析势能面，并讨论了弗兰克-康顿原理（Franck-Condon Principle） 如何决定了振动子级的相对强度。 --- 第四部分：先进光谱技术与应用 最后一部分将理论与现代实验技术紧密结合，展示了光谱学在尖端科学中的实际应用。 高分辨率技术： 详细介绍了傅里叶变换光谱仪（FTS） 的工作原理，强调其通过干涉图而非直接扫描来实现高信噪比和高分辨率测量的方法论优势。对于原子光谱，我们深入探讨了原子吸收光谱法（AAS） 和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES） 在痕量元素分析中的定量基础。 激光光谱学导论： 本章聚焦于激光作为高相干光源带来的变革。我们详细推导了饱和吸收光谱（Saturated Absorption Spectroscopy, SAS） 的理论模型，该技术是实现频率稳定和精确测量的基石。此外，本书还引入了非线性光学现象的初步概念，如二次谐波产生（Second Harmonic Generation, SHG），讨论了这些现象如何用于探测材料的非中心对称性。 天体物理中的应用： 简要介绍了谱线红移与蓝移的起源，解释了多普勒效应如何用于测量遥远星系的运动速度。同时，探讨了星际介质（ISM） 中复杂分子（如自由基和小型碳氢化合物）的转动和振动谱线是如何被射电望远镜捕获，从而揭示宇宙化学演化的关键信息。 本书的每一章后都附有大量的习题，旨在巩固理论理解；并提供了丰富的实验案例分析，帮助读者将抽象的量子概念转化为可测量的物理量。本书不依赖于任何特定的光谱仪厂商或软件，而是侧重于普适的物理原理，确保其内容在未来数十年内仍具有长久的参考价值。
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