Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów

Eugeniusz Łągiewka

Podręcznik zawiera matematyczny opis związków między uporządkowaniem struktury atomowej materiałów a ich obrazami dyfrakcyjnymi uzyskanymi przy pomocy wiązki promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów. W podręczniku zamiarem autora było pokazanie jak w oparciu o podstawowe prawa fizyczne zjawisk rozpraszania i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na różnych układach atomów budujących materiał, można dokonać opisu powstawania obrazu dyfrakcyjnego i wyjaśnić związki między jego charakterem a wybranymi parametrami struktury materiału. Zagadnienie to jest obecnie szczególnie istotne, gdy większość obliczeń parametrów struktury materiału prowadzona jest przy pomocy komercyjnych programów komputerowych, które niemal w sposób automatyczny pozwalają na otrzymanie ostatecznych wyników. Nie uwzględnienie w ich interpretacji możliwości i ograniczeń metodycznych oraz aparaturowych, prowadzi często do błędnych danych o strukturze materiału. Jest to szczególnie typowe dla prac młodszych, mniej doświadczonych pracowników laboratoriów, studentów i doktorantów. Podręcznik składa się w zasadzie z trzech części poświęconych kolejno rozpraszaniu i dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów na pojedynczym atomie, układzie atomów o różnej konfiguracji w materiale amorficznym, monokrystalicznym i polikrystalicznym i różnym stopniu uporządkowania. Każda część zawiera geometryczny i analityczny opis obrazu rozpraszania i dyfrakcji w zależności od wybranych parametrów struktury materiału i niektórych jego defektów. Omówiono kinematyczną i dynamiczną teorie rozpraszania, zakresy ich stosowalności oraz zjawiska ekstynkcyjne. Przy omawianiu rozpraszania i dyfrakcji wiązki elektronów uwzględniono efekty zachodzące przy różnej ich energii /elektrony wysoko- i niskoenergetyczne, sprężyście i niesprężyście rozproszone/ oraz ich efekty fizyczne przy przechodzeniu przez materiał lub odbiciu z uwzględnieniem geometrii wiązki. W podręczniku podano podstawy budowy i zasady działania oraz powstawania obrazów w klasycznej mikroskopii elektronowej i wysokorozdzielczej, w wiązce równoległej i zbieżnej, w wiązce transmisyjnej i odbiciowej, a także wykorzystaniu elektronów wstecznie rozproszonych w badaniach powierzchni /LEED, EBSD/. Trzecia część podręcznika poświęcona rozpraszaniu i dyfrakcji neutronów podaje najistotniejsze osobliwości tego zjawiska dla neutronów w porównaniu do promieni rentgenowskich i elektronów. Stanowi ona uzupełnienie dyfrakcyjnych metod badań struktury materiałów. Autor ma nadzieję, że powyższy podręcznik będzie przydatny dla studentów i doktorantów kierunków – inżynierii materiałowej, fizyki ciała stałego, metalurgii, chemii i kierunków pokrewnych, gdzie problemy badań materiałowych są przedmiotem na różnych stopniach kształcenia. Powyższy podręcznik może też być przydatny dla pracowników instytutów badawczych i kadry inżynierskiej ośrodków przemysłowych, którzy w swojej pracy zawodowej spotykają się z problemami podnoszenia jakości wytwarzanych materiałów i produktów.