Szczegóły ebooka

Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów

Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów

Eugeniusz Łągiewka

Ebook

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.

Spis treści

 

Wykaz ważniejszych oznaczeń / 9

 

1. Wstęp / 13

 

2. Rozpraszanie promieni rentgenowskich na pojedynczym elektronie / 15

 

3. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na atomach / 21

 

4. Wpływ długości fali (częstotliwości) na wartość atomowego czynnika rozpraszania — anomalna dyspersja / 29

 

5. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na zbiorach atomów budujących materiał / 34

5.1. Natężenie promieniowania rozproszonego od materiału składającego się z małych cząstek / 35

5.2. Natężenie promieniowania rozproszonego od materiału o idealnie chaotycznej konfiguracji atomów — idealny materiał amorficzny / 36

5.3. Rozpraszanie promieni rentgenowskich przez materiały składające się ze skupisk atomów o objętościach υ / 37

5.3.1. Analiza członu 2. wzoru (5.8) / 39

5.3.2. Analiza członu 3. równania (5.8) / 41

5.4. Rozpraszanie promieni rentgenowskich na materiałach o periodycznej budowie atomowej — materiały krystaliczne / 46

5.4.1. Geometria dyfrakcji promieni rentgenowskich na sieci krystalicznej / 47

5.4.1.1. Równania Lauego / 47

5.4.1.2. Równanie Braggów / 48

5.4.1.3. Równanie Ewalda / 50

5.4.2. Natężenie refleksu dyfrakcyjnego od materiałów krystalicznych / 53

5.4.2.1. Natężenie rozpraszania na komórce elementarnej sieci krystalicznej — czynnik struktury F / 54

5.4.2.2. Rozpraszanie i dyfrakcja na sieci krystalicznej / 55

5.4.3. Integralne (całkowe) pojęcie natężenia refleksu dyfrakcyjnego / 62

 

6. Czynnik absorpcji w natężeniu refleksu dyfrakcyjnego / 65

 

7. Czynnik temperaturowy w natężeniu wiązki dyfrakcyjnej / 69

 

8. Czynnik krotności płaszczyzn krystalicznych w natężeniu refleksu dyfrakcyjnego / 72

 

9. Natężenie refleksów dyfrakcyjnych od materiałów krystalicznych wykazujących uprzywilejowaną orientację krystalograficzną (teksturę) / 75

 

10. Natężenie rentgenowskiego promieniowania dyfrakcyjnego od materiałów krystalicznych typu roztworów stałych / 77

10.1. Natężenie promieniowania rozproszonego w przypadku tworzenia się uporządkowania bliskiego zasięgu / 79

10.2. Natężenie promieniowania w przypadku rozpadu przesyconego nieuporządkowanego roztworu stałego / 84

10.3. Obraz dyfrakcyjny w przypadku występowania uporządkowania dalekiego zasięgu / 85

 

11. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na „supersieciach” / 92

 

12. Obrazy dyfrakcyjne od materiałów wykazujących błędy ułożenia / 96

 

13. Podstawy dynamicznej teorii rozpraszania promieni rentgenowskich / 100

13.1. Rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego na jednej płaszczyźnie sieci krystalicznej / 101

13.2. Natężenie refleksu dyfrakcyjnego w dynamicznej teorii Darwina / 105

13.3. Zjawisko ekstynkcji, poprawki ekstynkcyjne / 110

 

14. Rozpraszanie wiązki elektronowej na atomie / 114

 

15. Geometria i natężenie wiązek dyfrakcyjnych elektronów rozproszonych na sieci krystalicznej / 122

 

16. Natężenie obrazów dyfrakcyjnych elektronów od materiałów krystalicznych — przybliżenie kinematyczne / 133

16.1. Rozpraszanie wiązki elektronowej na komórce elementarnej sieci krystalicznej / 133

16.2. Rozpraszanie wiązki elektronowej na układzie komórek tworzących kryształ (krystalit) — przybliżenie kinematyczne / 134

 

17. Wpływ niedoskonałości struktury krystalicznej na natężenie refleksów dyfrakcyjnych / 140

17.1. Kontrast na dyslokacjach / 141

17.2. Kontrast na błędach ułożenia i bliźniakach / 142

17.3. Kontrast Moire’a / 145

17.4. Kontrast dyfrakcyjny na wydzieleniach / 147

17.5. Kontrast dyfrakcyjny na nierównościach grubości próbki / 149

 

18. Dynamiczna teoria dyfrakcji elektronów / 151

 

19. Podstawy wysokorozdzielczej mikroskopii elektronowej / 158

 

20. Dyfrakcja powolnych elektronów (LEED) / 166

 

21. Dyfrakcja elektronów rozproszonych niesprężyście (niekoherentnie) / 174

 

22. Dyfrakcja neutronów / 182

 

Literatura / 191

Aneksy / 195

  • Tytuł: Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, elektronów i neutronów
  • Autor: Eugeniusz Łągiewka
  • ISBN: 978-8-3801-2149-2, 9788380121492
  • Data wydania: 2015-12-08
  • Format: Ebook
  • Identyfikator pozycji: e_1p5j
  • Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego