Программа курса (syllabus)

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахский национальный технический университет

имени

Институт высоких технологий и устойчивого развития

Кафедра Общей и теоретической физики

«Утверждаю»

Директор ИВТиУР

____________

«______»___________2012г.

программа курса (syllabus)

По дисциплине: Практические аспекты рентгеновской дифрактометрии

Специальность: 6М060400 - «Физика»

Форма обучения Очная

Срок обучение 2 года

Всего 4 кредита

Семестр 1

Лекций 30 часов

Практические занятия 30 часов

СРМ 135 часов

СРМП 45 часов

Экзамен уст.

АЛМАТЫ 2012

Программа курса составлена: к. т.н., профессором , к. ф.-м. н., доцентом и старшим преподавателем на основании ГОСО и рабочего учебного плана специальности 6М060400 - «Физика»

Рассмотрена на заседании кафедры: «Общей и теоретической физики»

« » 201 г. Протокол №

Зав. каф. общей и

теоретической физики,

профессор

Одобрена методическим Советом Института высоких технологий и устойчивого развития « » октября 201 г. Протокол №

Председатель НМС ИВТиУР,

Д. ф.- м. н., профессор C.Е. Кумеков

Сведения о преподавателях:

, к. т.н., профессор КазНТУ, окончил физический факультет КазГУ, имеет общий педагогический стаж 39 лет, автор более 120 печатных работ, в том числе около 15 учебников и учебных пособий.

, к. ф.-м. н., доцент КазНТУ, окончил физический факультет КазГУ, имеет общий педагогический стаж 34 года, автор более 80 печатных работ, в том числе 1 учебного пособияй.

, старший преподаватель, окончила физический факультет АГУ им. Абая. Имеет педагогический стаж 11 лет, в КазНТУ 10 лет, опубликовала 15 научно-методических работ.

Офис: кафедра Общей и теоретической физики

Адрес: г. Алматы, Сатпаева 22, ГУК 911.

Тел.: [phone] ____________________________

Факс:

E-mail:________________________

1. Цели и задачи дисциплины

1.1 Цель и задачи преподавания дисциплины

Цель изучения дисциплины «Практические аспекты рентгеновской дифрактометрии» заключается в приобретении магистрантами знаний и умений в области прикладных методов с использованием рентгеновских лучей. Данный курс является продолжением курса «Основы рентгенографии», читаемый на 4 курсе для студентов специальности 050723 «Техническая физика».

Поскольку рассматриваемые в данном курсе вопросы применения рентгеновской дифракции связаны с кристаллическим строением металлов и сплавов и связи этого строения со свойствами, изучение дисциплины начинается с краткого изложения основы кристаллографических понятий.

Далее в курсе излагаются вопросы исследования металлов и сплавов с использованием рентгеновских лучей не рассмотренные в упомянутом выше курсе. Это такие вопросы как рентгенографический анализ упорядоченных твердых растворов, рентгенографические излучение остаточных искажений в металлах и сплавах, рентгенографические методы определения напряжений, различные методы рентгеновской микроскопии, вопросы технического использования рентгеновских лучей для обнаружения внутренних нарушений сплошности материала изделий (рентгеновская дефектоскопия) и рентгеновской топографии.

Определенное место уделено в курсе анализу распределения интенсивности дифракционной картины рентгеновских лучей с целью обнаружения наличия преимущественной ориентации (текстуры) в поликристаллическом материале и определению параметра текстуры.

В курсе кратко изложены основные методы, предназначенные для получения изображения отражающего объема кристалла с помощью дифрагированных рентгеновских лучей (метод Шульца и метод Берга-Барета). Эти методы лежат в основе рентгеновской топографии.

Знания, умения и навыки магистранта по завершении изучения настоящего курса

-усвоение физического содержания и смысла квантово - механической теории, процессов, протекающих в атомных оболочках;

-умения и навыки решения стандартных и конкретных задач рентгеновской спектроскопии, использование исследовательских методов;

-умение применить теоретические знания при решении задач прикладной рентгеновской спектроскопии.

-коммуникативные умения и навыки:

четко и ясно выражать и высказывать имеющуюся по данной проблеме информацию и формулировать последовательность необходимых действий по ее разрешению, анализировать мнения коллег по данной проблеме с целью их учета для принятия качественного и эффективного решения и последующего его обсуждения в более широком кругу специалистов и экспертов;

-навыки самостоятельного приобретения знаний магистрант получает при выполнении заданий, включенных в учебно-методический комплекс по настоящей дисциплине в рамках, предусмотренных СРМ и СРМП.

1.2. Пререквизиты: высшая математика, курсы общей физики, специальные курсы: физическая оптика, атомная физика и спектроскопия, квантовая механика.

1.3. Постреквизиты: умения и навыки пользования приобретенными знаниями для решения новых познавательных и практических задач будут использованы магистрантом во время производственной и педагогической практики при подготовке магистерской диссертации.

2. Система оценки знаний магистрантов

Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

Таблица 1

Вид итогового контроля	Виды контроля	Проценты (%)
Экзамен	Итоговый контроль	100
	Рубежный контроль	100
	Текущий контроль	100

Календарный график сдачи всех видов контроля

по дисциплине «Практические аспекты рентгеновской дифрактометрии»

Таблица 2

Недели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Вид контроля	Пр	Пр	Пр СР	Пр К	Пр СР	Пр РК	Пр СР	Пр	Пр СР	Пр	Пр СР	Пр РК	Пр СР	Пр К	Пр СР
Недельное количество контроля	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
Виды контроля: Пр – практические занятия, К – контрольная, СР - самостоятельная работа, РК – рубежный контроль

Оценка знаний магистрантов

Таблица 3

Оценка	Буквенный эквивалент	Рейтинговый балл (в процентах %)	В баллах
Отлично	А	95-100	4
А-	90-94	3,67
Хорошо	В+	85-89	3,33
В	80-84	3,0
В-	75-79	2,67
Удовлетворительно	С+	70-74	2,33
С	65-69	2,0
С-	60-64	1,67
D+	55-59	1,33
D	50-54	1,0
Неудовлетворительно	F	0-49	0

3. Содержание дисциплины

3.1 Тематический план курса

Распределение часов по видам занятий

Таблица 4

№	Наименование темы	Количество академических часов
Лек ция	Пр. зан.	СРМП	СРМ
1	Структура кристаллов. Геометрические способы описания кристаллов. Пространственная решетка. Координаты узлов, индексы кристаллографических направлений и плоскостей..	2	2	7	20
2	Специальные индексы в гексагональной решетке. Примитивная решетка. Закон постоянства углов кристаллов.	2	2
3	Кристаллографические проекции. Сферическая, стероеграфическая, гномостероеграфическая, Сетка Вульфа. .	2	2	6	20
4	Симметрия кристаллов. Классы симметрии Системы трансляции. Решетки Бравэ. Главные направления в кристаллах.
5	Основные соотношения структурной кристаллографии Проективные изображения кристаллов. Основные параметры кристаллических структур. Основные типы металлических структур.	2	2
6	Определение концентрации и типа твердого раствора. Рентгенографический анализ упорядоченных твердых растворов. Дальний порядок в твердых растворах. Ближний порядок в сплавах.	2	2	7	20
7	Рентгенографический анализ упорядоченных твердых растворов. Ближний порядок в сплавах.	2	2
8	Рентгенографические методы определения напряжений. Измерение поверхностных напряжений. Измерение межплоскостных расстояний. Упругие константы. Градуировочные кривые. Остаточные напряжения.	2	2	6	15
9		2	2	6	15
10		2	2	6	20
11	.	2	2	7	25
12	Понятия об рентгенографическом изучений остаточных искажений в металлах и сплавах. Классификация искажений кристаллической структуры. Общий случай объемно - напряженного состояния.
13	Рентгенографический анализ текстур в металлах и сплавах. Характеристика различных текстур. Построение фигур.
14	Метод дифракционной рентгеновской микроскопии. Характеристика методов рентгеновской топографии. Методы исследования структуры кристаллов
15	Метод изучения дислокационной структуры кристаллов. Рентгеновская дефектоскопия. Основные методы рентгеновской дефектоскопии. Методика и аппаратура рентгеновской дефектоскопии. Всего часов	30	30	45	135

3.2 Содержание практических занятий

1. Характеристическое рентгеновское излучение железа

2. Интенсивность характеристического рентгеновского излучения как функция анодного тока и напряжения

3. - дублет железного рентгеновского излучения/тонкая структура

4. Поглощение рентгеновских лучей

5. и углы поглощения рентгеновских лучей, закон Мозли и постоянная Ридберга

6. Рентгеновские исследования различных кристаллических структур методом порошков Дебая – Шеррера

7. Дифрактометрические картины Дебая - Шеррера порошковых образцов с тремя кубическими решетками Бравэ

8. Дифрактометрические картины Дебая - Шеррера порошковых образцов с гексагональной структурой решетки

9. Дифрактометрические картины Дебая - Шеррера порошковых образцов с тетрагональной структурой решетки

10. Дифрактометрические картины Дебая - Шеррера порошковых образцов с кубической структурой решетки

11. Дифрактометрические измерения для определения интенсивности рефлексов картин Дебая – Шеррера кубической решетки порошковых образцов

12. Характеристическое рентгеновское излучение меди

13. Характеристическое рентгеновское излучение молибдена

14. Комптоновское рассеяние Рентгеновских лучей

15. Монохроматизация молибденового рентгеновского излучения

Содержание СРМП

1. Характеристика кристаллического состояния. Геометрические способы описания кристаллов. Элементарная ячейка. Кристаллографические системы координат. Индексы кристаллографических направлений.

2. Индицирование кристаллографических плоскостей и направлений. Индексы Миллера. Индицирование кристаллографических направлений и плоскостей в гексагональной решетке.

3. Плоскости симметрии. Классы симметрии. Возможные системы трансляции.

4. Решетка Бравэ. Пространственная группа симметрии. Метод расчета межплоскостного расстояния в случае кубической, тетрагональной и гексагональной решетки.

5. Диффузное рассеяние рентгеновских лучей монокристаллом твердого раствора при наличии ближнего порядка.

6. Нахождение параметров ближнего и дальнего порядков по экспериментальным данным при рассеянии рентгеновских лучей поликристаллическим веществом.

7. Микронапряжения и методы их определения. Рентгенографический анализ линейно-напряженного состояния. Общий случай объемно - напряженного состояния.

8. Методы позволяющие определить сумму главных напряжений. Факторы, влияющие на ширину дифракционных максимумов.

9. Анализ остаточных напряжений первого рода. Микронапряжения и методы их определения. Рентгенографический анализ линейно-напряженного состояния.

10. Общий случай объемно - напряженного состояния. Факторы, влияющие на ширину дифракционных максимумов. Микроискажения.

11. Рентгенографический анализ текстур в металлах и сплавах. Изучение параметров ориентации кристаллитов. Применение дифрактометров для исследования текстуры.

12. Построение полюсных фигур. Метод Шульца. Исследование сферического образца. Аналитическое построение. Распределения кристаллитов.

13. Характеристика методов рентгеновской топографии. Изучение субстуктуры.

14. Метод изучения дислокаций. Методы Ланга, Берга-Баррета. Метод аномального прохождения рентгеновских лучей.

15. Методы рентгеновской дефектоскопии. Процентуальная чувствительность. Факторы, влияющие на процентуальную чувствительность. Определение контрастности в методе рентгеновской дефектоскопии.

Содержание СРМ

1. Общее представление об рентгеновских лучах. Первые трудности с обнаружением дифракции рентгеновских лучей. Краткий обзор об областях применения рентгеновских лучей.

2. Виды рентгеновских спектров. Значение коротковолновой резкой границы в развитии теории теплового излучения.

3. Последствия взаимодействия рентгеновских лучей с веществом. Фотоэффект и вторичное характеристическое излучение.

4. Комптоновское рассеяние. Когерентное рассеяние.

5. Образование электронно-позитронных пар. Выбор излучения для съемки рентгенограмм.

6. Закон ослабления рентгеновских лучей. Линейный коэффициент ослабления и массовый коэффициент ослабления. -фильтры.

7. Основные методы регистрации рентгеновских лучей. Счетчики для регистрации рентгеновских лучей.

8. Рентгеновские аппараты.

9. Основные уравнение дифракции рентгеновских лучей. Рассеяние рентгеновских лучей атомом.

10. Рассеяние рентгеновских лучей трехмерной кристаллической решеткой. Условия Лауэ.

11. Рентгеноструктурные исследования монокристаллов.

12. Получение рентгенограмм поликристаллов фотометодом.

13. Рентгеновская дифрактометрия.

14. Источники погрешностей в определении периода решетки. Относительные и абсолютные методы определения периодов решетки.

15. Применение рентгеновских методов для исследования металлов и сплавов.

График проведения занятий

Таблица 5

№	Дата	Время	Наименование тем
Лекции
1			Геометрические способы описания кристаллов. Пространственные решетки. Координаты узлов, индексы кристаллографических направлений и плоскостей.
2			Системы трансляции. Решетки Бравэ. Главные направления в кристаллах. Основные соотношения структурной кристаллографии.
3			Определение концентрации и типа твердого раствора. Рентгенографический анализ упорядоченных твердых растворов.
4			Рентгенографические методы определения напряжений. Измерение поверхностных напряжений. Измерение межплоскостных расстояний. Упругие константы.
5			Понятия об рентгенографическом изучений остаточных искажений в металлах и сплавах. Классификация искажений кристаллической структуры.
6			Рентгенографический анализ текстур в металлах и сплавах. Характеристика различных текстур. Построение фигур.
7			Метод дифракционной рентгеновской микроскопии. Характеристика методов рентгеновской топографии. Методы исследования структуры кристаллов.
Лабораторные занятия
1			Характеристическое рентгеновское излучение железа
2			Интенсивность характеристического рентгеновского излучения как функция анодного тока и напряжения
3			- дублет железного рентгеновского излучения/тонкая структура
4			Поглощение рентгеновских лучей
5			и углы поглощения рентгеновских лучей, закон Мозли и постоянная Ридберга
6			Рентгеновские исследования различных кристаллических структур методом порошков Дебая – Шеррера
7			Дифрактометрические картины Дебая – Шеррера порошковых образцов с тремя кубическими решетками Бравэ
8			Дифрактометрические картины Дебая – Шеррера порошковых образцов с гексагональной структурой решетки
9			Дифрактометрические картины Дебая – Шеррера порошковых образцов с тетрагональной структурой решетки
10			Дифрактометрические картины Дебая – Шеррера порошковых образцов с кубической структурой решетки
11			Дифрактометрические измерения для определения интенсивности рефлексов картин Дебая - Шеррера кубической решетки порошковых образцов
12			Характеристическое рентгеновское излучение меди
13			Характеристическое рентгеновское излучение молибдена
14			Комптоновское рассеяние Рентгеновских лучей
15			Монохроматизация молибденового рентгеновского излучения

Список основной литературы

1. Горелик . , и электроннооптический анализ : Учебн. для вузов / -М: МИСИС, 2002.-328 c.

2. Кулманен . КазНТУ им . Алматы-2006г.

3. Шиврин и применение рентгеновских лучей. Учебное пособие. Петрозаводск Изд-во ПетрГУ, 20с.

4. и др. Дифракция рентгеновских лучей в кристалла. Учеб-ное пособие. Петрозаводск Изд-во ПетрГУ, 20с.

5. , Шиврин рассеяние рентгеновских лучей. Получение информации о структурных характеристиках. Учебное пособие. Петрозаводск. Изд-во ПетрГУ. 20с.

6. Кулманен . КазНТУ им . Алматы-2006г.

7. Методические указания по выполнению лабораторных работ по рентгенографии. КазНТУ. 2009 г.

Список дополнительной литературы

1. . Учет матричного эффекта при колличественном рентгенофазовом анализе. Вестник ЮУрГУ №8, 2003г. С.145-150.

2. Ревенко флуоресцентный анализ природных материалов. Новосибирск: ВО Наука. Сиб. издательская фирма, 1994.-264c.

3. и др. Физические явления и эффекты для получения и преобразования информации. Уч. пособие. Изд-во ПетрГУ, 20с.

4. , , Чупрунов характерного времени релаксации рентгеновских дифракционных максимумов при воздействии на дифрагирующий кристалл лазерным излучением малой мощностию. // Кристаллография. 1997. 42, N 1. С.43-46.

СОДЕРЖАНИЕ

Цели и задачи дисциплины………………………………………………………......3

Система оценки знаний магистрантов..……………………….………………….....4

Календарный график сдачи всех видов контроля………………………………......4

Распределение часов по видам занятий……………………………….………..……5

График проведения занятий……………………………………………………….......8

Список основной литературы…………………..…………………………………..10

Список дополнительной литературы………………………..……………………..10

Содержание………………….……………………….…………………….………..11