Diffraction of synchroton radiation, neutrons and elektrons

Wykład przedstawia metody dyfrakcyjne w zastosowaniu do badania struktury krystalicznej oraz mikrostruktury materiałów. Omówione zostaną szczegółowo własności metody dyfrakcji promieni X oraz promieniowania synchrotronowego, metody dyfrakcji neutronów oraz metody dyfrakcji elektronów.

Celem wykładu jest przedstawienie podstaw metody dyfrakcji promieni X oraz promieniowania synchrotronowego, neutronów oraz dyfrakcji elektronów. Omówione zostaną typy źródeł promieni X, promieniowania synchrotronowego, neutronów i elektronów. Opisane będą także szczegóły technik pomiarowych, rozmiary wiązek, wielkości badanych obszarów materiału, ze szczególnym uwzględnieniem komplementarności stosowanych metod. Opisane będzie oddziaływanie w/w typów promieniowania z materią. Omówione będą metody określania struktury krystalicznej materiałów przy pomocy metod dyfrakcyjnych. Omówione będzie także oddziaływanie neutronów termicznych i promieniowania synchrotronowego z momentami magnetycznymi jonów w materiale. Opisane będą metody badania struktury magnetycznej materiałów.

Program:

1. Źródła promieniowania X: źródła konwencjonalne, synchrotrony oraz lasery na swobodnych elektronach.

2. Oddziaływanie promieniowania X i promieniowania synchrotronowego (SR) z materią: pochłanianie, rozpraszanie niesprężyste i sprężyste na elektronach, rozpraszanie sprężyste na atomach, atomowy czynnik rozpraszania, załamanie, całkowite zewnętrzne odbicie. Polaryzacja promieni X.

3. Źródła neutronów: reaktory jądrowe jako źródła o ciągłym strumieniu oraz źródła spallacyjne o strumieniu impulsowym. Neutron jako cząstka, długość fali a energia neutronów, neutrony termiczne, gorące, chłodne i ultra chłodne. Polaryzacja neutronów

4. Oddziaływanie neutronów z materią: rozpraszanie na atomach, długość rozpraszania, załamanie na granicy ośrodków, całkowite wewnętrzne odbicie.

5. Źródła elektronów. Długość fali i energia elektronów.

6. Oddziaływanie elektronów z materią.

7. Elementy krystalografii: sieć punktowa, symetria translacyjna, układy krystalograficzne, sieci Bravais'go, struktury krystaliczne, symetria kryształów, sieć odwrotna, komórka Wignera-Seitza.

8. Dyfrakcja promieniowania na kryształach: równania Lauego, warunek Bragga w sieci zwykłej i odwrotnej, natężenia wiązek ugiętych, czynnik struktury, geometria Lauego i Bragga.

9. Dyfrakcja promieni X, neutronów i elektronów na kryształach – porównanie.

10. Metody doświadczalne rentgenografii i neutronografii: metoda Lauego, metoda proszkowa Debye'a-Scherrera.

11. Metody dyfrakcji elektronów, SAED. Techniki mikroskopii elektronowej, SEM, FESEM, TEM.

12. Rozpraszanie magnetyczne neutronów w zastosowaniu do określenia struktur magnetycznych

13. Rozpraszanie promieniowania synchrotronowego w zastosowaniu do określenia struktur magnetycznych

Forma zaliczenia: egzamin ustny

Opis sporządził Radosław Przeniosło, sierpień 2012.

1. Neutron and Synchrotron Radiation for Condensed Matter Studies, vol. I Theory, Instruments and Methods Ed. J.Baruchel, Springer, 1993

2. Neutron and Synchrotron Radiation for Condensed Matter Studies, vol. II Application to Solid State Physics and Chemistry Ed. J.Baruchel, Springer, 1993

3. I.I. Gurevich, L.V. Tarasov, Low Energy Neutron Physics, North Holland, 1968

4. J. Als-Nielsen, D. McMorrow, Elements of Modern X-ray Physics, Wiley, 2001

5. B. E. Warren, X-ray Diffraction, Dover, 1990

6. G. Bacon, Neutron Diffraction, Oxford, 1975

7. G.L. Squires, Thermal Neutron Scattering, Cambridge University Press, 1978.

8. L.M. Peng, S.L. Dudarev, M.J. Weelan, High Energy Electron Diffraction and Microscopy, Oxford, 2011.