рабочая программа дисциплины - Томский государственный

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ»
Томск – 2005
I. Oрганизационно-методический раздел
1. Цель курса.
Формирование у студента представлений о физике,
технике и возможностях
рентгенострутурного анализа, практических навыков работы со стандартными
дифракционными картинами.
2. Задачи учебного курса
Основные задачи курса – изложить основы физики рентгеновских лучей и их
практического использования в физике твердого тела, познакомить с основными методами,
используемыми в рентгеноструктурном анализе, научить анализировать стандартные
дифракционные картины применительно к полупроводниковым и металлическим
материалам. Курс базируется на курсах кристаллографии, кристаллохимии, атомной и
ядерной физики, аналитической геометрии.
3. Требования к уровню освоения курса
Студент должен знать основы физики рентгеновских лучей, процессы, протекающие в
твердом теле при его взаимодействии с излучением, основные методы исследований,
используемые в рентгеноструктурном анализе, уметь анализировать стандартные
дифракционные картины применительно к полупроводниковым и металлическим
материалам.
II. Содержание курса
1. Темы и краткое содержание
№
Тема
1. Физика рентгеновского
излучения
2.
Содержание
Взаимодействие электронного пучка с твердым телом.
Генерация рентгеновского излучения. Природа и свойства
излучения.
Непрерывное
(тормозное)
излучение:
механизм
взаимодействия, спектральная характеристика, влияние
параметров электронного пучка и свойств материала анода.
Характеристическое излучение: механизм возникновения,
спектр и его особенности, серии линий.
Поглощение рентгеновского излучения веществом: основной
закон ослабления лучей, коэффициента ослабления,
зависимость от длины волны. Практические приложения
закона.
Кинематическая теория
Уравнение Вульфа-Брегга. Обратное пространство.
рассеяния
лучей
в Дифракционные индексы обратной решетки. Сфера Эвальда.
кристаллах
Когерентное и некогерентное рассеяние. Рассеяние
свободным электроном. Поляризация рассеянного излучения.
Функция атомного рассеяния. Фурье-образ распределения
электронной плотности атома. Его зависимость от длины
волны, угла рассеяния, атомного номера рассеивающего
вещества. Понятие об атомном рассеянии.
Рассеяние ячейкой кристалла. Структурная амплитуда и
структурный множитель.
Дифракция
на
кристаллической
решетке.
Интерференционная функция. Уравнения Лауэ. Главные и
побочные максимумы, нулевые значения. Дифракционное
расширение узлов обратной решетки.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Методы
наблюдения
дифракции
рентгеновских лучей
Отражательная
способность кристалла
Сфера ограничения. Метод вращения монокристалла. Метод
Лауэ, определение ориентировки монокристалла. Метод
порошка. Метод широкорасходящего пучка.
Мозаичный кристалл. Выход интегральной отражательной
способности с использованием обратного пространства.
Интегральное отражение от поликристалла. Пределы
применимости
кинематической
теории.
Вторичная
экстинкция.
Понятие о динамической теории Дарвина. Первичная
экстинкция. Поправки на поглощение лучей. Влияние
тепловых колебаний атомов, тепловой множитель.
Анализ
профиля
Понятие функции профиля. Ширина линии, способы
рентгеновской линии
определения ширины.
Области
когерентного
рассеяния
(ОКР).
Размытие
максимумов за счет малости ОКР. Формула Шерера.
Размытие максимумов за счет микронапряжений решетки.
Инструментальная и физическая ширина линии. Профиль
линии как свертка инструментального и физического
уширения.
Методы определения
Метод аппроксимации. Разделение (d1-d2) – дублета. Метод
размеров ОКР и
гармонического анализа-профиля (ГАФРЛ). Метод моментов.
микронапряжений
решетки
Метод
прецизионного Причины
ошибок
в
определении
межплоскостных
определения параметров расстояний. Приемы достижения высокой точности.
решетки
Рентгеновская дифрактометрия.
Определение
ориентировки
монокристаллов
2. Контрольные вопросы по курсу:
1. Физические процессы, приводящие к возникновению тормозного и характеристического
излучений при взаимодействии ускоренного пучка электронов с твердым телом.
2. Выведите уравнение Вульфа-Брегга.
3. Как выглядит дифракционная картина от кубического кристалла с примитивной ячейкой,
с непримитивной ячейкой?
4. Что такое структурная амплитуда, структурный множитель?
5. Что такое сфера Эвальда?
6. Нарисуйте обратное пространство для поликристалла.
7. Нарисуйте обратное пространство для монокристалла.
8. Что такое текстура?
9. Как выглядят дифракционные картина от монокристалла, поликоисталла, аморфного
вещества?
10.Ваши предложения по выбору методов определения параметра решетки монокристалла.
11.Когерентное и некогерентное рассеяние: различия.
12.Представьте в графической форме интерференционную функцию.
13.Что такое экстинкция: первичная, вторичная?
14.Перечислите основные причины ошибок при определении межплоскостных расстояний.
15.Укажите основные причины уширения узлов обратной решетки на рентгенограммах.
16.Выведите основные методы наблюдения дифракции рентгеновских лучей из анализа
уравнения Вульфа-Брегга.
17.Что такое рентгеновская дифрактометрия?
18.Поясните взаимосвязь прямого и обратного пространства.
19.Что такое области когерентного рассеяния?
20.Можете ли вы на простой модели пояснить суть эффектов дифракции и возникновение
интерференционной картины за объектом (твердым телом)?
III. Распределение часов курса по темам и видам работ
№
пп
Наименование
темы
1
Физика рентгеновского
излучения
Кинематическая теория
рассеяния лучей в
кристаллах
2
3
4
5
6
7
8
Методы наблюдения
дифракции
рентгеновских лучей
Отражательная
способность
кристалла
Анализ профиля
рентгеновской линии
Методы определения
размеров ОКР и
микронапряжений
решетки
Метод прецизионного
определения
параметров решетки
Определение
ориентировки
монокристаллов
ИТОГО
Всего
часов
Аудиторные занятия (час)
в том числе
лаборатор.
лекции
семинары
занятия
Самостоятельная
работа
4
4
10
8
2
6
4
2
6
4
2
8
6
2
6
4
2
2
2
2
2
44
34
10
IV. Форма итогового контроля
Теоретический зачет
V. Учебно-методическое обеспечение курса
1. Рекомендуемая литература (основная):
1. Савицкая Л.К. Рентгеноструктурный анализ. Курс лекций, ч. 1. – Томск: изд-во Томского
ун-та, 1982. – 172 с.
2. Савицкая Л.К. Рентгеноструктурный анализ. Курс лекций, ч. 2. – Томск: изд-во Томского
ун-та, 1990. – 157 с.
3. Бублин В.Т., Дубровина А.Н. Методы исследования структуры полупроводников и
металлов. – М.: Металлургия, 1978. – 272 с.
4. Уманский Я.С. Рентгенография металлов и полупроводников. – М.: Металлургия, 1969.
2. Рекомендуемая литература (дополнительная):
1. Блохин М.А. Физика рентгеновских лучей. – М.: Гос. изд. техн.–теор. литер., 1957.–518 с.
2. Гинье А. Рентгенография кристаллов. – М.: Физматгиз, 1961. – 604 с.
3. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгеноструктурный
и
электроннооптический анализ металлов. – М.: Металлургиздат, 1970. – 352 с.
4. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография,
рентгенография и электронная микроскопия. – М.: Металлургия, 1982. – 632 с.
5. Современная кристаллография. Т. 1. – Москва, 1979.
Автор:
Ивонин Иван Варфоломеевич, д.ф.-м.н., профессор