Рентгеноструктурный анализ - Физика твердого тела и

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Физический факультет
Кафедра физики твердого тела и неравновесных систем
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________В.П. Гарькин
«____»_______________ 2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Рентгеноструктурный анализ
(блок «Дисциплины специализации»; раздел «Вузовский компонент»; основная
образовательная программа специальности 010701 Физика)
Самара
2006
Рабочая
программа
образовательного
стандарта
составлена
на
высшего
основании
Государственного
профессионального
образования
специальности 010701 Физика, утвержденного 17.03.00 (номер государственной
регистрации 172 eн/cn).
Составитель рабочей программы: Л.В. Журавель, доцент, к.т.н.
Рецензент: А.В. Покоев, профессор, д.ф-м.н
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры физики твердого тела и
неравновесных систем (протокол № 8 от «__14__» апреля 2006 г.)
Заведующий кафедрой
″____″ _____________ 2006 г.
_______________ А.В. Покоев
СОГЛАСОВАНО
Декан
факультета
″____″ _____________ 2006 г.
______________ В.В. Ивахник
Начальник
методического отдела
″____″ _____________ 2006 г.
_______________ Н.В. Соловова
ОДОБРЕНО
Председатель
методической
комиссии факультета
″____″ _____________ 2006 г.
________________ И.С. Цирова
2
1. Цели и задачи дисциплины, её место в учебном процессе,
требования к уровню освоения содержания дисциплины
Лекционный курс «Рентгеноструктурный анализ» изучает дифракцию
рентгеновских лучей телами различного строения и состава. Этотметод,
характеризующийся широким диапазоном вариантов, используют для
определения структуры, качественного и количественного фазвого анализа,
распределения дефектов структуры и т.д. Предыдущий лекционный курс
«Кристаллография» позволяет проводить анализ структурного состояния
материалов. Знание основ рентгеноструктурного анализа позволяет студенту
проводить комплексные исследования структуры и свойств материалов,
применяющихся в промышленности.
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины
Цель дисциплины: В «Рентгеноструктурном анализе» излагаются как
теоретические вопросы дифракции рентгеновских лучей в кристалле, так и
прикладные вопросы физики твердого тела, связанные с рассмотрением
методов рентгеноструктурного анализа для индицирования рентгенограмм.
Результатом изучения этой дисциплины является получение знаний об
особенностях дифракции рентгеновских лучей в кристаллах и ее применения
для изучения особенностей строения различных металлов и сплавов.
Задачи дисциплины:
• изучить основы дифракции рентгеновских лучей в кристаллах;
• изучить взаимодействие рентгеновских лучей с веществами;
• проводить структурный анализ с оценкой интенсивности рентгеновских
лучей;
• научиться проводить индицирование рентгенограмм.
1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего
изучение данной дисциплины
Студенты, завершившие изучение данной дисциплины, должны:
- Иметь представление: о дифракции рентгеновских лучей в кристаллах и
методах рентгеноструктурного анализа.
- Знать: основные принципы дифракции рентгеновсикх лучей в
кристаллах и применения рентгеновских лучей для исследования
материалов.
- Уметь: самостоятельно изучать и рассматривать структурные
особенности материалов с применением методов рентгеноструктурного
анализа.
1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Спецкурс «Рентгеноструктурный анализ» является продолжением
спецкурса «Кристаллография», в котором рассматриваются классические
разделы физики рентгеновских лучей в кристаллах. Для освоения данного курса
требуются знания основ физики металлов, кристаллографии, основ общей
теоретической физики м применением математического анализа.
1.4. Связь с последующими дисциплинами
3
Знание курса «Рентгеноструктурный анализ» необходим для дальнейшего
изучения
курсов
«Рентгенография
металлов»,
«Спецметодов
рентгеноструктурного анализа», а также для проведения лабораторных работ по
рентгенографии металлов.
2.Содержание дисциплины
2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах)
ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ, 7 семестр - экзамен
36
32
4
34
20
Всего часов аудиторных занятий
Лекции
Практические занятия
Лабораторные занятия
Всего часов самостоятельной работы
Подготовка к практическим занятиям
10
10
-
Подготовка к контрольным работам
Изучение тем, вынесенных на самостоятельную
проработку
Всего часов по дисциплине
56
2.2. Разделы дисциплины и виды занятий
№
Наименование раздела дисциплины
Количество часов
лекции
практич. лаборат.
занятия
занятия
1
РЕНТГЕНОТЕХНИКА
2
2
ФИЗИКА РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
4
3
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ
ЛУЧЕЙ С ВЕЩЕСТВОМ
ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
КРИСТАЛЛА
СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ С ОЦЕНКОЙ
ИНТЕНСИВНОСТИ
4
4
8
8
9
4
МЕТОДЫ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА
12
16
4
5
6
4
2.3. Лекционный курс
ВВЕДЕНИЕ.
Предмет рентгеноструктурного анализа. Возникновение и развитие
методов изучения материалов с помощью проникающего излучения. Открытие
рентгеновских лучей.
РАЗДЕЛ 1. РЕНТГЕНОТЕХНИКА.
Рентгеновские трубки. Устройство и принцип действия электронной
запаянной рентгеновской трубки. Оптические свойства рентгеновской трубки.
4
Типы рентгеновских трубок и их условные обозначения. Кенотрон. Работа
кенотрона при последовательном его соединении с трубкой. Рентгеновские
аппараты.
РАЗДЕЛ 2.ФИЗИКА РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ
Основные свойства рентгеновских лучей и их практическое использование для изучения вещества.
Сплошной спектр рентгеновских лучей. Закономерности сплошного спектра.
Линейчатый спектр рентгеновских лучей. Закономерности линейчатого спектра
и их объяснение. Области применения характеристических лучей.
РАЗДЕЛ 3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ С
ВЕЩЕСТВОМ
Основной закон ослабления интенсивности рентгеновских лучей.
Поглощение и рассеяние рентгеновских лучей. Фотоэлектронное поглощение.
Оже - электроны. Свойства вторичных характеристических лучей.
Классическое и квантовое рассеяние (когерентное и некогерентное рассеяние.
Массовые коэффициенты ослабления, поглощения и рассеяния. Зависимость
коэффициентов ослабления от длины волны излучения и от атомного номера
облучаемого материала. Скачок в изменении коэффициента поглощения.
принцип изготовления фильтров для характеристических лучей К-серии.
Методы монохроматизации рентгеновского излучения.
РАЗДЕЛ 4. ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ В КРИСТАЛЛЕ.
Уравнение Лауэ. Уравнение Вульфа-Бреггов и его интерпретация. Связь
уравнений Лауэ и Вульфа-Бреггов.
Обратная решётка. Основные свойства обратной решётки. Интерпретация
дифракционной картины с помощью сферы Эвальда.
РАЗДЕЛ
5.
СТРУКТУРНЫЙ
АНАЛИЗ
С
ОЦЕНКОЙ
ИНТЕНСИВНОСТИ
Интенсивность интерференционных максимумов и факторы её
определяющие
Рассеяние рентгеновских лучей электроном. Поляризационный фактор.
Рассеяние рентгеновских лучей атомом.
Рассеяние рентгеновских лучей кристаллом. Структурная амплитуда.
Структурный фактор.
Структурный фактор для примитивной решётки, ОЦК, ГЦК. Структурный фактор для ОЦК-решётки в случае неидентичных атомов. Структурный
множитель для ГПУ-кристаллов.
Тепловой множитель. Фактор повторяемости. Угловой множитель
интенсивности (фактор Лоренца). Абсорбционный фактор.
РАЗДЕЛ 6. МЕТОДЫ СТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА.
1. Метод Дебая - Шеррера - Хелла (метод порошка)
Получение порошковых рентгенограмм. Геометрия метода. Интерпретация
дифракционной картины в терминах обратной решётки. Форма и ширина
рентгеновской дифракционной линии. Внешний вид рентгенограмм в
зависимости от состояния кристаллитов. Расшифровка дебаеграмм.
5
Определение индексов интерференции. Определение параметра кристаллической решётки.
2. Метод Лауэ
Интерпретация метода Лауэ в терминах обратной решётки. Индицирование
пятен лаузграммы. Задачи решаемые методом Лауэ. Ориентация
монокристаллов.
3. Метод вращения кристаллов
Аппаратура и геометрия съёмки. Представление метода в терминах
обратной решётки. Индицирование рентгенограмм вращения.
2.4. Практические и семинарские занятия
Практические занятия проводятся по разделу «Методы структурного
анализа».
2.5. Лабораторный практикум
Тема практического занятия
№ Номер
Количество
часов
п/п раздела
1
2
3
4
5
1
6
6
6
4
4
8
8
4
4
6
6
6
Рентгенотехника
Метод поликристаллов
Качественный фазовый анализ
Дифрактометрический анализ
Определение параметра кристаллической
решетки на «Кросс-1»
Метод Лауэ
3.Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы
Сроки
проведения
в
6 неделя
Разделы и
темы
дисциплины
Раздел 4
оценкой
12 неделя
Раздел 5
Тематика контрольных работ
1.Дифракция
рентгеновских
кристаллах
1.Структурный
анализ
с
интенсивности
лучей
3.2. Комплекты тестовых заданий
• Имеется один комплект тестовых заданий по рентгеноструктурному
анализу.
3.3. Самостоятельная работа
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники тестов, задач,
упражнений и др.)
6
Самостоятельная работа стимулируется постановкой проблем и задач по
тематике лекций и выдачей студентам дополнительной литературы по
рентгеноструктурному анализу (≈30 учебников и научных работ).
3.3.2. Тематика рефератов
Не предусмотрены.
3.4. Курсовая работа, её характеристика ; примерная тематика
Не предусмотрены.
Итоговый контроль проводится в виде экзамена по лекционному курсу и
зачета по лабораторным работам.
4.Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
(Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов,
слайдфильмов, кино- и телефильмов).
• Плакаты – 4 шт.
• Дифрактограммы – 10 шт.
• Рентгенограммы – 12 шт.
• Кристаллы, порошки для исследования.
5.Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)
Обсуждение актуальных научных исследований по РСА.
6. Материальное обеспечение дисциплины (Современные приборы,
установки (стенды), необходимость специализированных лабораторий и
классов).
• Для обеспечения данной дисциплины необходимо:
• Рентгеновский аппарат УРС-55А.
• Рентгеновский аппарат ДРОН-2.0.
• Рентгеновские камеры РКД, Кросс – 1.
7. Литература
7.1. Основная (количество экземпляров в библиотеке СамГУ; наличие
грифа)
Количество студентов одновременно изучающих дисциплину – 12-14
человек.
1. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и
электронно-оптический анализ. М., МИСИС, 2002, 6 шт.
2. Уманский Я.С. и др. Кристаллография, рентгенография и электронная
микроскопия. М., Металлургия, 1982, 6 шт.
3. Уманский Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников. М.,
Металлургия, 1969, 6 шт.
4. Избранные методы исследования в металловедении. М., Металлургия,
1985, 6 шт.
7
5. Рентгеноструктурный анализ. Лабораторный практикум. Куйбышев,
1986, 6 шт.
7.2. Дополнительная (не указывать количество экземпляров)
1. Хараджа Ф.Н. Общий курс рентгенотехники. Гос-энергоиздат, 1967.
2. Азаров Л., Бургер М. Метод порошка в рентгенографии. М., 1961.
7. 3. Учебно-методические материалы по дисциплине
Не предусмотрены.
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ
За 2006/2007 учебный год нет
8