Онлайн программа повышения квалификации

Синхротронное и нейтронное излучение в физике конденсированных сред и материаловедении


Курс реализуется институтом Лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ совместно с Международным научно-методическим центром НИЯУ МИФИ в рамках реализации мероприятий "Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019 - 2027 годы " в рамках проекта «Методы синхротронной и нейтронной диагностики материалов ядерной, термоядерной энергетики и сверхпроводящих материалов»

О программе

Современное развитие физики конденсированного состояния и наук о материалах трудно себе представить без использования уникальных инструментов – синхротронного и нейтронного излучений, позволяющих исследователям заглянуть глубоко внутрь вещества на атомарном уровне.
В рамках курса Вы узнаете о ведущих центрах синхротронного излучения (СИ) и нейтронов в мире и в России, рассмотрите возможности получения уникальной информации о самых различных материалах с помощью наиболее информативных методов использования СИ и нейтронов, таких как малоугловое рассеяние, рентгеновская и нейтронная дифракция, рентгеновская и нейтронная спектроскопия и др.
Вас научат как повысить эффективность собственных исследований, выбрав наиболее эффективную методику использования СИ или нейтронов и создать проект для получения пучкового времени в ведущих центрах синхротронных и нейтронных исследований.
Скачать программу
В результате прохождения курса
Применять прикладные программные комплексы, используемые в области синхротронных и нейтроных методов исследования
Ознакомиться с процедурой оформления заявки на использование пучкового времени в мировых и отечественных синхротронных центров
Выбирать и готовить специальные образцы материалов для проведения рентгеноструктурного анализа различными методами
Выбирать наиболее эффективные исследования конкретных материалов с использованием синхротронного излучения
Обратите внимание: после авторизации на сайте ismc.academy Вам необходимо записаться на курс в разделе "Каталог курсов".

Преимущества программы

Обучение проводится бесплатно для научно-педагогических работников, магистров, аспирантов, административного персонала.
Все слушатели, прошедшие обучение, получат удостоверение о повышении квалификации НИЯУ МИФИ объемом 72 ак. часа
Все обучение проходит в онлайн формате от ведущих профессоров НИЯУ МИФИ.
Авторы курса
Исаенкова Маргарита Геннадиевна
доктор физ-мат. наук, профессор
Джепаров Фридрих Саламонович
доктор физ.-мат. наук, профессор
Кузнецов Алексей Владимирович
канд. физ.-мат. наук, доцент
Львов Дмитрий Владимирович
канд. физ.-мат. наук, доцент
Менушенков Алексей Павлович
доктор физ-мат. наук, профессор,
Программа курса
Программа реализуется в дистанционном формате
(объем программы: 72 ак. часов).
Модуль 1
Модуль 2
Модуль 3
Модуль 4
Введение в физику конденсированного состояния
1. Конденсированное состояние вещества.
Строение атома: внешняя и внутренние оболочки, их характерные энергии, зависимость энергий и размеров атома от порядкового номера в периодической системе.Формирование конденсированного состояния: энергиясвязи, типы связей, ближний и дальний порядок, локальная структура, аморфное и кристаллическое состояние, многокомпонентые вещества, многофазность, фазовая диаграмма.
2. Кристаллическая структура.
Трансляционная инвариантность. Кристаллическая решетка, базис, кристаллическая структура, простые и сложные структуры. Параметры решетки, координационные сферы. Симметрия решетки, элементы симметрии, решетки Бравэ. Основные структуры и их параметры: ПК, ОЦК, ГЦК, ГПУ, алмаз. Обратная решетка, связь параметров прямой и обратной решеток, зона Бриллюэна. Направления в кристалле и в обратной решетке. Анизотропия физических свойств. Кристаллические плоскости, индексы Миллера.
3. Электронная структура.
Диэлектрики, металлы, полупроводники. Понятие энергетической зоны, критерий металлического состояния. Электронные состояния и их заполнение, энергия Ферми, поверхность Ферми, плотность электронных состояний. Зоны s, p и d состояний. Работа выхода, глубина зоны.
Электронная структура полупроводников. Легирование. Электронные и дырочные состояния. Полупроводниковые структуры. Электрохимический потенциал. Гетероструктуры.
4. Основы магнетизма и сверхпроводимости.
Магнитные свойства атома. Кристаллическое поле, магнитные свойства ионов. Обменное взаимодействие и магнитный порядок. Ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики. Магнитные структуры. Сверхпроводящее состояние. Высокотемпературные сверхпроводники.
5. Низкоэнергетические возбуждения.
Концепция квазичастиц. Колебания решетки. Фононы и фононные ветви. Квазичастицы электроны и дырки, экситонные состояния. Магнитные возбуждения, магнонные ветви. Спектры расщепления уровней магнитных ионов кристаллическим полем.
Физика рентгеновских лучей, источники излучения и основные методы рентгеноструктурного анализа
1. Физика рентгеновских лучей и взаимодействие рентгеновских лучей с веществом.
Физика рентгеновских лучей. Волновые свойства рентгеновских лучей: преломление и отражение. Корпускулярные свойства рентгеновских лучей: упругое и неупругое рассеяние. Непрерывный и характеристический рентгеновские спектры. Коэффициенты ослабления рентгеновских лучей. Рассеяние рентгеновских лучей, электронов и нейтронов. Томсоновское – рассеяние на покоящемся электроне. Рэлеевское – рассеяние на атомах и молекулах. Неупругое комптоновское рассеяние. Обратный комптон-эффект. Поляризационный множитель. Атомный множитель. Аномальное рассеяние рентгеновских лучей. Особенности рассеяния мессбауэровских g -квантов.
2. Современная рентгеновская техника и способы регистрации.
Источники рентгеновского излучения и его использование в методах исследования конденсированных систем. Монохроматоры, фильтры, рентгеновская оптика. Методы регистрации рентгеновских лучей.
3. Кинематическая теория дифракции.
Взаимодействие рентгеновских лучей с веществом. Формула Вульфа-Брэгга. Анализ интерференционной функции. Интерференционное уравнение Лауэ. Структурный анализ как преобразование Фурье. Формула Селякова – Шерера. Геометрическая интерпретация интерференционного уравнения. Атомный и структурный множители. Множитель Лоренца. Температурный множитель. Множители поглощения и повторяемости. Первичная и вторичная экстинкция в кристаллах.
4. Основные методы рентгеноструктурного анализа.
Метод Лауэ. Метод Косселя. Метод вращения монокристалла. Метод порошков. Рентгеновская дифрактометрия поликристаллов. Рентгеновский фазовый анализ: качественный и количественный. Базы данных. Метод Ритвельда – метод восстановления исследуемой структуры. Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей. Исследование монокристаллов и тонких пленок. Рентгенографический анализ текстур. Классификация остаточных напряжений. Измерение макро- и микронапряжений.
Синхротронное излучение в физике конденсированных сред и материаловедении
1. Основные свойства синхротронного излучения.
История развития синхротронного излучения (СИ). Основные свойства релятивистских и ультрарелятивистских электронов. Понятие релятивистского лоренц-фактора. Характер излучения ультрарелятивистских электронов в поперечном магнитном поле. Основные свойства СИ: малая расходимость, высокая яркость, высокая интенсивность, частичная когерентность. Временная структура СИ. Динамика электрона, движущегося в накопительном кольце. Спектр синхротронного излучения. Элементы и принципы устройства синхротрона.
2. Мировые центры синхротронных исследований.
Синхротронные источники 1-го, 2-го, 3-го и 4-го поколений. Определение яркости, эмиттанса, критической длины волны синхротронных источников. Методы увеличения максимальной энергии фотонов СИ. Встраиваемые в накопительные кольца устройства: виглеры, ондуляторы и шифтеры. Ведущие мировые центры синхротронных исследований Европы, США, Японии, Китая, России. Курчатовский источник синхротронного излучения.
3. Методы исследования материалов с использованием СИ.
Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом. Рассеяние и поглощение рентгеновского излучения. Рентгеновские методы диагностики и исследования наноструктур с использованием синхротронного излучения. Комбинированные явления неупругого и аномального рассеяния. Аномальная рентгеновская дифракция. Парная радиальная функция распределения атомов. Рентгеновское малоугловое рассеяние, рентгеновская и ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия.
4. Рентгеновская спектроскопия поглощения.
Основные синхротронные методы: рентгеновская спектроскопия поглощения (XANES и EXAFS). История развития. Физические основы EXAFS- спектроскопии. Вид экспериментально определяемого коэффициента поглощения рентгеновского излучения. Физические причины возникновения осциллирующей структуры коэффициента поглощения. Теория EXAFS. Определение EXAFS- функции. Типы представлений EXAFS- функции. Последовательность шагов при извлечении EXAFS- функции из экспериментального спектра. Амплитуда и фаза обратного рассеяния фотоэлектронов, зависимость от волнового вектора. Фактор Дебая-Валлера в EXAFS- спектроскопии. Методы моделирования EXAFS- функции. Извлекаемые из EXAFS- спектров параметры локальной атомной структуры.
5. Рентгеновские лазеры на свободных электронах.
Основные свойства ондуляторного излучения. Эффект SASE (самоусиление спонтанного излучения) в качестве причины появления когерентности. Рентгеновские лазеры на свободных электронах: принципы и устройство. Европейский лазер на свободных электронах EuXFEL (Гамбург, Германия). Pump-probe эксперименты с временным разрешением.
6. Принципы создания проектов в синхротронные центры.
Как создать конкурентный научный проект для проведения исследований на одном из мировых синхротронных центров? Как оформить заявку на получение пучкового времени для проведения эксперимента. Примеры создания заявок для проведения исследований на Курчатовском источнике синхротронного излучения, на Европейском центре синхротронных исследований (Гренобль, Франция), на Европейском рентгеновском лазере на свободных электронах EuXFEL (Гамбург, Германия).
Нейтроны в физике конденсированных сред и материаловедении
1. Общие положения теории рассеяния нейтронов. Основные методы вычисления дифференциального сечения рассеяния нейтронов.
Рассеяние нейтронов; амплитуда и длина рассеяния. Сечение рассеяния и захвата нейтронов; полное сечение. Оптическая теорема. Фазовая теория рассеяния и ее применение к рассеянию нейтронов на ядрах. Борновское приближение. Квазипотенциал Ферми. Эйкональное приближение. Нейтронооптический потенциал.
2. Псевдомагнитное взаимодействие нейтронов с ядрами. Дифракция нейтронов. Изотопическая и спиновая некогерентность.
Теория рассеяния нейтронов на ядах с ненулевым спином. Амплитуда магнитного рассеяния. Когерентность ядерного и магнитного рассеяния на атомах.Дифракция нейтронов. Преломление нейтронов на границе раздела сред. Малоугловое рассеяние нейтронов на неоднородностях вещества. Кинематическая дифракция нейтронов на трехмерной решетке. Изотопическая и спиновая некогерентность.
3. Преломление нейтронов на границе раздела сред. Малоугловое рассеяние нейтронов на неоднородностях вещества.
Теория преломления и отражения нейтронных волн на границе раздела сред, вычисление коэффициента преломления. Теория малоуглового рассеяния на ансамбле наночастиц в случаях однократного и многократного рассеяния.
4. Основные узлы нейтронных установок. Источники нейтронов. Нейтронные монохроматоры и поляризаторы. Детекторы нейтронов.
Стационарные и импульсные реакторы, нейтронные генераторы, генерация нейтронов на ускорителях. Коллимация пучков тепловых нейтронов: принципы создания коллиматоров. Способы поляризации тепловых нейтронов. Метод дифракции на ферромагнитных кристаллах. Метод полного отражения от намагниченных ферромагнитных зеркал. Монохроматизация тепловых нейтронов с помощью монокристаллов. Методы монохроматизации, использующие корпускулярные свойства нейтронов.
5. Основные нейтронные эксперименты по изучению микроструктуры. Принципы структурной нейтронографии и нейтронной спектроскопии.
Основные принципы нейтронографических исследований. Установки с постоянной длиной волны: одно-и двухкристальные дифрактометры. Дифракционные исследования на установках с непрерывным спектром нейтронов: метод белого пучка; метод времени пролета. Методика измерения неупругого рассеяния медленных нейтронов.
6. Методика малоуглового и ультрамалоуглового рассеяния тепловых нейтронов. Метод бета-ЯМР спектроскопии
Принципы построения малоугловых установок. Малоугловые дифрактометры: техника точечной коллимации и позиционно-чувствительной регистрации рассеянных нейтронов. Двухкристальный дифрактометр, особенности двухкристальной методики. Блок-схема бета-ЯМР спектрометра и физические основы ее работы: одно чудо (несохранение четности в слабых взаимодействиях) и три блестящих изобретения (поляризатор нейтронов, спин-флиппер, адиабатическая транспортировка нейтронов без потерь поляризации). Примеры исследования спиновой динамики в неупорядоченных средах.
Обратите внимание: после авторизации на сайте ismc.academy Вам необходимо записаться на курс в разделе "Каталог курсов".
Поделитесь с коллегами!
Расскажите коллегам об этом курсе!
Свяжитесь с нами по любым вопросом с помощью телефона или почты, мы всегда рады общению и сотрудничеству
Телефон: +7 (495) 788 56 99, доб. 8387
E-mail: ismc@mephi.ru