中子科学与应用Ⅱ:中子散射  082700M01008H

学期:2020—2021学年(春)第二学期 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:王芳卫,孙志嘉,张俊荣,朱涛
授课时间: 星期一,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼213
授课周次: 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17
授课时间: 星期日,第10、11、12 节
授课地点: 教二楼213
授课周次: 12
课程编号: 082700M01008H 课时: 51 学分: 3.00
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:王芳卫,孙志嘉,张俊荣,朱涛 助教:
英文名称: Neutron science and application II:Neutron scattering 召集人:

教学目的、要求

本课程是核技术及应用专业研究生的专业核心课。中子散射涉及的范围十分广泛,本课程侧重讲授所涉及的基本原理和核心技术,内容包括中子散射基本原理、中子探测、中子散射技术和典型应用、中子散射数据分析等。通过本课程的学习,希望学生能掌握中子散射的基础理论和中子谱仪技术的基本特点,初步了解中子散射数据处理方法、流程以及典型的应用范围,为进一步开展中子散射科学与应用的研究打下基础。

预修课程

大学物理 或 固体物理/凝聚态物理/固体化学/晶体学

教 材

1. Elements of slow neutron scattering: Basics, Techniques and Applications (Capenter & Loong)
2. Experimental Methods in the Physical Sciences, Neutron Scattering – Fundamentals (Felix Fernandez-Alonso and David L. Price) 2013

主要内容

第一章 中子散射基本原理(计划9学时) 
第1讲:晶体学基础与中子散射原理(3学时)
教学重点:晶格,正空间与倒空间,集体激发,中子散射截面概念,相干散射与非相干散射
教学难点:相干散射与非相干散射的物理本质 
第2讲:晶格的中子散射(3学时) 
教学重点:凝聚态物质中中子核散射定量描述,晶体结构和声子的测量
教学难点: 中子弹性散射、非弹性散射之定量描述的物理意义 
第3讲: 磁的中子散射(3学时) 
教学重点:凝聚态物质中中子磁散射定量描述,磁形状因子,磁结构与自旋波测量,中子极化原理与技术 
教学难点:磁中子散射与核中子散射的异同

第二章:中子探测(6学时,授课教师:孙志嘉) 
第4讲: 中子探测基本原理及应用(3学时)
教学重点:中子探测的基本原理,中子探测器在不同领域的应用
教学难点:中子探测器是不断发展的多学科应用系统,需要结合当前发展来讲解
第5讲: 中子探测器及探测方法(3学时)
教学重点:结合国内外多个大型中子源装置,介绍几种主流的中子探测技术
教学难点:由于技术基础和发展历史的不同,国际上的大型中子源装置都有各自独特的中子探测技术体系,通过这章能够从整体和体系层面了解不同中子探测技术的细节和优劣

第三章 中子衍射(计划9学时) 
第6讲:衍射基本原理与中子粉末衍射基础(3学时) 
教学重点: 介绍中子衍射的基本原理,布拉格衍射方程,以及中子弹性散射截面,中子粉末衍射实验强度的构成与数学表达
教学难点: 中子弹性散射截面;
第7讲:中子粉末衍射谱仪 (3学时) 
教学重点: 反应堆和散裂中子源上粉末衍射谱仪的结构、谱仪设计与实验测量
教学难点: 衍射谱与谱仪分辨率; 
第8讲:中子粉末衍射数据分析与Rietvled精修 (3学时) 
教学重点:中子粉末衍射的Rietveld精修原理与程序运用
教学难点: 精修参数的基本准则;

第四章 中子小角散射(计划6学时,授课教师:朱涛) 
第9讲:中子小角散射基本原理(3学时)
教学重点:小角散射的基本原理,中子小角散射谱仪的基本结构
教学难点:介观散射截面的定义
第10讲:中子小角散射数据分析及应用(3学时)
教学重点:小角散射数据分析及中子小角散射的应用举例,包括高分子材料,生物医学材料,极化中子小角在磁性材料中的应用等方面
教学难点:小角散射数学模型的建立

第五章 中子反射(计划6学时,授课教师:朱涛) 
第11讲:中子反射基本原理(3学时)
教学重点:介绍反射的基本原理,镜面反射和非镜面反射,中子反射谱仪的基本结构
教学难点: 中子反射的数学描述
第12讲:中子反射的数据分析及应用(3学时)
教学重点:中子反射数据分析,中子反射谱仪应用举例,包括有机高分子薄膜,极化中子反射的应用
教学难点:中子反射数学模型的建立

第六章 中子非弹性散射(计划6学时,授课教师:王芳卫) 
第13讲:中子非弹性散射基本原理与谱仪技术(3学时) 
教学重点:凝聚态物质中准粒子的基本概念,非弹性中子散射的实验方法(包括中子三轴谱仪,飞行时间谱仪,逆几何非弹谱仪等 ) 
教学难点: 凝聚态物质中集体激发的物理图像及相应非弹性中子谱仪应用的范围 
第14讲:中子非弹性散射数据分析与应用(3学时)
教学重点: 中子非弹性谱仪在声子、自旋激发、原子扩散等领域的代表性应用与数据特征教学难点: 非弹性散射数据分析的特点 

第七章 中子成像 (3学时,授课教师:孙志嘉)
第15讲:中子成像基本原理、装置与应用(3学时)
教学重点:中子成像原理,能量分辨中子成像,中子成像与X成像特点,典型应用
教学难点:结合技术发展和具体应用,掌握透射成像、CT成像、成像与衍射的结合等技术方法

第16讲:中子散射多学科应用(3学时,授课教师:张俊荣) 
教学重点:以典型中子散射应用实例,综合介绍中子散射在科学前沿和工程材料中的应用 
教学难点:中子散射特点与应用关联

第17讲:总结与考试(3学时,授课教师:孙志嘉) 

参考文献

Elements of slow neutron scattering: Basics, Techniques and Applications (Capenter & Loong);Experimental Methods in the Physical Sciences_Neutron Scattering – Fundamentals (Felix Fernandez-Alonso and David L. Price) 2013