固體分析方法

E

ddE

C

N

d

210220N

k

E

)k111

U

(r)

k0

0

0

(E

E21

1

k

d

2ddEm222U

(r)

b

(r

R)mr

2

s

r?

1

p

r?

r

2

U

(r)

N

2BσeiQdeWd

(Q)M

0

dddF (Q)

μr

f

(Q)2mv0

M1

2

3

τM

d

elτ)

(Q

)N

d

FM

(

M02

0

2

3

g

2

S

r

2

2q1

1

nq

(Q

q

)

E

w(q)k

d

2

(1

Q2

)

f

2

(Q)e2W

(Q)z

ddE

m,1k12N

vm

0

4

eiQ(d

d)1dd

c,1S

(Q,

E)

qj2N(

Md

Md

)

j

(q)d

d1/2(2

)3

eWi

(Q

)Wi

(Q

)jjn

1

12

2

(Q

q

)

E

(q)Qe

j

*

Qe

j

(q

)

d

dc,elF(Q)

(2

)32

F

(

)

(Q

)v0db eiQdeWd

(Q)

d物質(zhì)的中子散射?4中子產(chǎn)生的方法Nuclear

processExampleNeutron

yieldHeat

release(MeV/n)D-T

in

solid400

keV

deuterons

onTinTi4*10-5

n/d10

000Deuteron

strip40

MeV

deuterons

onliquid

Li7*10-2

n/d3

500Nuclear

photo

effectfrom

e--bremsstrahlung100

MeV

e-

on

238U5*10-2

n/e-2

0009Be

(d,n)

10Be15

MeV

d

on

Be1

n/d1

0009Be

(p,n;p,pn)11

MeV

p

on

Be5*10-3

n/p2

000Nuclear

fissionfission

of

235U

bythermal

neutrons1n/fission180Nuclear

evaporation(spallation)800

MeV

p+on

238Uon

Pb27

n/p17

n/p5530裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)持續(xù)的中子束流1個有效中子/裂變180

MeV/中子散裂非鏈?zhǔn)椒磻?yīng)脈沖中子束流35個中子/高能質(zhì)子~45

MeV/中子W1.6

GeV高強(qiáng)度中子束的產(chǎn)生方式中子的產(chǎn)生方式反應(yīng)堆散裂源中子束流時間特性穩(wěn)態(tài)脈沖高強(qiáng)度類型timeReactorReactorReactorILL

Pulsed

sourceIntensityHFIR/ORNL,

85

MW

~

3x1015

n/cm2/s

coreflux.ILL,

58.4

MW,

France.

~1.5x1015

n/cm2/s優(yōu)點(diǎn):高的時間平均通量成

中子散射技術(shù)非常適合冷缺點(diǎn):沒有時間結(jié)構(gòu)運(yùn)行執(zhí)照穩(wěn)態(tài)反應(yīng)堆世界典型介紹：脈沖型反應(yīng)堆IBR

II

Dubna5Hz,脈沖峰值:1500MW,5x1015

n/cm2/s(慢化器表面).時間平均:2MW,8x1012n/cm2/s(慢化器表面).優(yōu)點(diǎn):–值通量缺點(diǎn):時間結(jié)構(gòu)不佳(低脈沖)運(yùn)行執(zhí)照世界典型介紹：PSI– 0.85

mA,

590

MeV,0.9

MW,

1x1014n/cm2/s2

平均通量優(yōu)點(diǎn):高的時間平均通量反應(yīng)堆型中子散射譜儀（技術(shù)成熟）缺點(diǎn):沒有時間結(jié)構(gòu)高本底連續(xù)型散裂源世界典型介紹：ISIS200

μA,

0.8

GeV,

160

kW2x1013

n/cm2/s2

平均通量8x1015

n/cm2/s2

峰值通量LANSCE,

IPNS,

KENSSNS，J-PARC優(yōu)點(diǎn):高的峰值通量優(yōu)越的時間結(jié)構(gòu)驅(qū)動–沒有政治上的考量技術(shù)正快速發(fā)展缺點(diǎn):低的時間平均通量不是所有研究都需要時間結(jié)構(gòu)技術(shù)不是十分成熟脈沖型散裂源世界典型介紹：2006年運(yùn)行2

MW時，通量：~12x

ISIS，時間平均通量：?

ILL峰值熱中子通量：~50-100x

ILL世界最好的散裂源世界典型介紹：散裂SNSJanuary,

2005散裂

J-PARC自2001年始，一期投資1527億日元、二期規(guī)劃363億日元，2009年建成運(yùn)行1MW，

25Hz,

3GeV世界典型介紹：中國原子能科學(xué)

創(chuàng)建于1950年。它

核科學(xué)技術(shù)的發(fā)祥地，也最大的核科學(xué)技術(shù)先導(dǎo)性、基礎(chǔ)性、綜合性的研究

。CARR：中國先進(jìn)研究堆我國與中子散射中國散裂JPARC

CSNSCARR發(fā)展歷史與發(fā)展趨勢中子散射譜儀1經(jīng)典衍射：粉末、單晶反射與衍射中子照相超小角與掠反射超小角小角散射中子散射的研究范圍：物質(zhì)結(jié)構(gòu)自旋回波背散射漫散射冷中子經(jīng)典非彈性散射熱中子經(jīng)典非彈性散射超熱中子深度非彈性散射1中子散射的研究范圍：相互作用與動態(tài)粉末衍射儀(powder

diffraction)單晶衍射（Single

crystal

diffraction)小角散射儀(Small

Angle

Neutron

Scattering,

SANS)中子反射儀(Neutron

reflectotivity)直接幾何非彈性散射儀(Direct

geometry

inelastic

neutron

scattering)間接幾何非彈性散射儀(Invert

geometry

inelastic

neutron

scattering)其它(中子照相、自旋回波、中子物理等)(Others:

imaging,

spin

echo,

neutron

physics…)2中子譜儀的分類反應(yīng)堆中子散射譜儀的基本結(jié)構(gòu)IntensityAnglek,

SamplekfkiWavevector

transferQ

=kf

-

ki“Elastic”

scattering

I(Q)|kf

|

=

|

ki

|Detector穩(wěn)態(tài)連續(xù)源中子散射方式：反應(yīng)堆譜儀的結(jié)構(gòu)04080mstimeDistance21Time

of

Flight。脈沖散裂源的中子散射譜儀基本結(jié)構(gòu)k,

SamplekfkiQ

=kf

-ki

Wavevector

transfer?

Ef

–

Ei

Energy

transfer“Inelastic”

scattering

I(Q,

)|kf

|

|

ki

|方式脈沖散裂源的Detector散裂源譜儀的結(jié)構(gòu)1、簡述的主要類型和特點(diǎn)。中國散裂CSNS的應(yīng)用2譜儀規(guī)劃中子束道：從原18條增至20條CSNS譜儀的總體安排不同類型譜儀及其應(yīng)用實例：高通量粉末衍射儀高分辨粉末衍射儀小角衍射儀多功能反射儀直接幾何非彈性散射儀其它類型譜儀：單晶衍射儀

準(zhǔn)彈性散射儀背散射儀自旋回波譜儀中子compton散射儀3慢化器退耦合和水(300

K)中子帶寬(Δλ)4.5

?最大中子束40(h)×20(w)

mm樣品處中子通量~107

n/cm2/s最佳分辨率(d/d)0.2

%

at

2

=150中子導(dǎo)管錐形聚焦,m=3第一飛行距離(L1)30

m第二飛行距離(L2)2

=1501.5

m2

=902.0

m2

=153.8

m高通量粉末衍射儀3慢化器耦合液氫(20

K)中子帶寬(Δλ)6

?中子導(dǎo)管Bender+Sraight+T

r40

×

60

→

20×

30

mm2第一飛行距離(L1)19.5

m第二飛行距離(L2)2

m樣品臺6-axis極化器/分析器超鏡探測器2D位置靈敏BeamStopModeratorshielding0

2.5

4.5BenderDetectorFocused

guideSample0.25m16.5

19Distance

from

moderator

(m)21Spin

FlipperPolarizeryzerSlitChoppersPre-shieldingStraight

guide多功能反射儀慢化器耦合液氫(20K)中子帶寬(Δλ)7.6

?第一飛行距離(L1)14

m第二飛行距離(L2)1~5

m探測器有效探測面積50×50cm2分辨率1

cm

(FWHM)小角散射儀高通量粉末衍射儀應(yīng)用應(yīng)用范圍：晶態(tài)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)快速測定；化學(xué)反應(yīng)的實時研究;小樣品的結(jié)構(gòu)研究（高壓結(jié)構(gòu)相變）;磁結(jié)構(gòu)和磁相變的研究;工程應(yīng)用：形變、殘余應(yīng)力、織構(gòu)等;高通量粉末衍射儀應(yīng)用應(yīng)用范圍：晶態(tài)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)快速測定；化學(xué)反應(yīng)的實時研究;小樣品的結(jié)構(gòu)研究（高壓結(jié)構(gòu)相變）;磁結(jié)構(gòu)和磁相變的研究;工程應(yīng)用：形變、殘余應(yīng)力、織構(gòu)等;外磁場誘導(dǎo)下，

MnAs鍵的斷裂J

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(2004)結(jié)構(gòu)快速測定——高通量粉末衍射儀應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)的實時研究——高通量粉末衍射儀應(yīng)用Ba(OD)2.8D2O

and

TiO2

in

10

mL

D2OISIS

POLARIS

衍射儀的數(shù)據(jù)（每組15分鐘）原位化學(xué)反應(yīng)研究R.

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(2002)磁結(jié)構(gòu)和磁相變——高通量粉末衍射儀應(yīng)用自旋液體的晶化:磁阻挫體系I

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(2001)應(yīng)用范圍：大晶胞復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)變量可達(dá)400;ab-initio結(jié)構(gòu)確定;晶態(tài)結(jié)構(gòu)中局域細(xì)小變化的確定;對稱性的細(xì)微變化和相變；晶胞參數(shù)的精確測定;高分辨粉末衍射儀應(yīng)用應(yīng)用范圍：大晶胞復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)變量可達(dá)400;ab-initio結(jié)構(gòu)確定;晶態(tài)結(jié)構(gòu)中局域細(xì)小變化的確定;對稱性的細(xì)微變化和相變；晶胞參數(shù)的精確測定;高分辨粉末衍射儀應(yīng)用大晶胞復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)——高分辨粉末衍射儀應(yīng)用orthorhombicmonoclinicSi(1-x)O(2-4x)(OH)4x；V

=

5327.62

(5)

?3Orthorhombic：晶位38；變量>155Monoclinic:

晶位72；變量>292C.

Lambertiet

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(2000)有機(jī)分子磁體的磁結(jié)構(gòu)Metal anic

magnet

based

on

oxalate

(C2O4)2-or

thio-oxalate

((C2O2S2)2-

anionsMagnetic

scatteringfrom

the

dithio-oxalate

salt-J

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(2003)有機(jī)磁體結(jié)構(gòu)與磁結(jié)構(gòu)——高分辨粉末衍射儀應(yīng)用H.

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(1996)晶胞參數(shù)精確確定——高分辨粉末衍射儀應(yīng)用有序-無序相變：P213

to

Pa3Lattice

parameter

of ZrW2O8

with

negative

thermal

expansionS.

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333小角衍射儀應(yīng)用范圍：空間尺度在1到1000nm范圍內(nèi)的散射粒子尺寸和形狀,以及散射粒子中某些成分的方位。磁疇、磁性納米和超導(dǎo)磁通結(jié)構(gòu)；納米團(tuán)簇和納米微孔體系;生物分子的溶液系統(tǒng);聚合物的溶解和熔化；生物囊胞和膜結(jié)構(gòu);表面活性劑與凝膠溶膠;合金中的空位、缺陷和沉淀物。小角衍射儀應(yīng)用范圍：空間尺度在1到1000nm范圍內(nèi)的散射粒子尺寸和形狀,以及散射粒子中某些成分的方位。磁疇、磁性納米和超導(dǎo)磁通結(jié)構(gòu)；納米團(tuán)簇和納米微孔體系;生物分子的溶液系統(tǒng);聚合物的溶解和熔化；生物囊胞和膜結(jié)構(gòu);表面活性劑與凝膠溶膠;合金中的空位、缺陷和沉淀物。CyS0/Nm(db):

28.5Size(nm):

14So

To31.5

3416

24M.

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(2003)磁記錄磁盤(CoPtCr)的磁團(tuán)簇大小納米顆粒與性能——小角衍射儀應(yīng)用磁團(tuán)簇尺寸稍大于其顆粒尺寸;團(tuán)簇尺寸與其信噪比成反比；顆粒間存在磁耦合。超導(dǎo)磁通晶格——小角衍射儀應(yīng)用La1.83Sr0.17CuO4

的磁通格子的小角衍射R.

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(2001)聚合物的相變與熔化——小角衍射儀應(yīng)用聚合物中的拓?fù)湎嗷プ饔茫壕酆衔锶刍瘯r的粘性，彈性和流變特性聚合物處理過程的速度與穩(wěn)定性S.

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1691(2003)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能——小角衍射儀應(yīng)用小角中子散射提供低分辨蛋白質(zhì)分子的形狀和次級結(jié)構(gòu)單元的排列等信息?？稍谏锘钚缘娜芤褐虚_展研究NMRX-ray

crystallographyNeutron

scattering鈣離子激活酶蛋白和它的催化蛋白CELL~30%膜蛋白不易結(jié)晶生物膜的形態(tài)——小角衍射儀應(yīng)用L.

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198301

(2004);R=Cexp[EF/kBT]cetylpyridinium(CPCl)-hexanol

膜蛋白的拓?fù)涑谠ケ酉?海綿相da=

630

?;d3=790

?應(yīng)用范圍：研究物質(zhì)表面和界面的結(jié)構(gòu)特性。表面和界面磁性；液晶取向；表面吸附；固液界面；聚合物及LB膜；低維結(jié)構(gòu)和界面現(xiàn)象。多功能反射儀應(yīng)用范圍：研究物質(zhì)表面和界面的結(jié)構(gòu)特性。表面和界面磁性；液晶取向；表面吸附；固液界面；聚合物及LB膜；低維結(jié)構(gòu)和界面現(xiàn)象。多功能反射儀磁性多層膜的層間耦合和層內(nèi)漲落——反射儀應(yīng)用F.

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(2002);Si...PdNbFeNbFeNbFeCrFeNbFeHHHHH2H2Modification

of

theexchange

couplingvia

hydrogen

absorption交換作用能:J

sin

(2

kF

tNb)

/

tNb2Fe/Nb

多層膜的吸放氫tNbFMAFM聚合物膜的化學(xué)反應(yīng)控制——反射儀應(yīng)用Direct

measurement

ofthe

reaction

front

inchemically

amplifiedphotoresistsd1=

534

?;d2=717?;

d3=464?E.

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(2002)應(yīng)用范圍：測定凝聚態(tài)物質(zhì)中的基本粒子激發(fā)。單晶或粉末材料中的聲子態(tài)密度和聲子色散；磁性材料中的自旋波和自旋漲落；單晶或粉末材料中的原子、分子及磁矩的短程關(guān)聯(lián)；非色散激發(fā)；布里淵散射。直接幾何非彈性散射儀應(yīng)用范圍：測定凝聚態(tài)物質(zhì)中的基本粒子激發(fā)。單晶或粉末材料中的聲子態(tài)密度和聲子色散；磁性材料中的自旋波和自旋漲落；單晶或粉末材料中的原子、分子及磁矩的短程關(guān)聯(lián)；布里淵散射；非色散激發(fā)。直接幾何非彈性散射儀聲子態(tài)密度——非彈性譜儀應(yīng)用MgB2的聲子態(tài)密度：電聲子相互作用是超導(dǎo)的NdCeCuO的聲子態(tài)密度:電子摻雜使聲子軟化，但并不是超導(dǎo)的R.

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