中子小角散射的一般方法
小角散射综述
材料现代测试研究方法 小角度散射综述
2015年10月 摘要 综述了小角x射线散射(SAXS)的发展历史及国内外的发展趋势。SAXS是在纳米尺度(1～100 nm)上研究物质结构的主要手段之一，它是在原光束附近小角度范围内电子对x射线的散射。通过对散射图形或散射曲线的观察和分析可解析散射体的形状、尺寸以及它们在空间和时间上的分布等信息。历史上SAXS发展比较缓慢，不仅是因为小角相机的装配操作麻烦，还因为受x射线强度的限制，曝光时间很长，对于一些弱散射体系如蛋白质溶液、高聚物等就难以测定。随着同步辐射装置的发展，以同步辐射为光源的小角散射实验站成了SAXS实验的主要基地。尽管SAXS理论和方法还不成熟，但其发展势头强劲。 关键词：小角x射线散射；同步辐射；研究进展
1．基础介绍 自发现X射线以来，已经发展了多种基于X射线的物质结构分析测试手段，它们被广泛地应用于生产及科研实践中。在纳米尺度(1～100 nm)上研究物质结构的主要手段之一就是小角X射线散射，或称X射线小角散射(small angle X—rayscattering，SAXS)，也有称小角x光散射。X射线是一种波长介于0．001～10 nm的电磁波。 当一束极细的X射线穿过存在着纳米尺寸的电子密度不均匀区的物质时，X 射线将在原光束方向附近的很小角域(一般散射角为3°～5°)散开，其强度一般随着散射角的增大而减小，这个现象称为小角X射线散射(SAXS)。由于X射线是同原子中的电子发生交互作用，所以SAXS对于电子密度的不均匀性特别敏感，凡是存在纳米尺度的电子密度不均匀区的物质均会产生小角散射现象。 根据电磁波散射的反比定律，相对于波长来说(应用于散射及衍射分析的X 射线波长在0.05～0.25 nm之间)，散射体的有效尺寸与散射角呈反比关系。所以，SAXS并不反映物质在原子尺度范围内的结构，而是相应于尺寸在1～100 nm 区域内的结构。这样，样品通常就被看成是一个连续介质，用平均密度法和围绕平均密度的起伏来表征。因而，散射被看成由具有某种电子密度的散射体引起，这种散射体被浸在另一种密度的介质之中，也就是说样品可被看作是由介质和弥散分布于其中的散射体组成的两相体系。分散于一定介质中的微粒子(如胶体)和固态基质中的纳米尺寸的孔隙(如多孔材料中的孔隙)均是典型的散射体。散射图样反映了散射体的空间关系(几何关系)，是时间范围内的平均结果，并与散射体和介质的电子密度之差呈正比。通过对散射图形或散射曲线(散射强度一散射角)的观察和分析可解析散射体的形状、尺寸和分布等信息。SAXS能进行多种定性分析(体系电子密度的均匀性、散射体的分散性、两相界面是否明锐、每一相内电子密度的均匀性、散射体的自相似性等)和定量分析(散射体尺寸分布、散射体体积分数、比表面、界面层厚度、分形维数等)。 利用SAXS技术可以表征物质的长周期、准周期结构和测定纳米粉末的粒度分布，揭示材料的内部细微结构，解释材料学的一些加工过程，化学化工领域的
中子散射技术
子术 中散射技一丰彩我生个富多的界里们活在世，通过眼睛、子来耳朵和鼻感知周围的事物，能但是所感知到的远不是世界的全部，这是由于我们长的眼睛仅仅能够感知波在390至750米纳的间“见光可”，观察到小距有的最离只约0.1米毫。对小于更的物质，必一须借些我们助工才，蕊段能观到如的花断面可怕具或手测例美丽和的新型冠状病毒。今天，小大观编就为家介绍探寻微世界的好帮手——子中散射技 对子术，于中散射技我们首先要搞清楚两个关键就是子！（）一子。中散啦废话首说中和射先简要明下1920年了子了子新西兰家卢福里除质还著名物理学瑟预言原核外子，子子。某存在他给种粒有种粒这取名为中12，年之后了子，试卢瑟福的学生查德威克用验证明中的存在并因此了，荣获诺贝尔物理学奖这种不带电的微粒——子也中被了子。誉打原能时代匙射我们的为开的金钥而散在生活中，，，一，不在如手电筒现束出无处例晚上打开发有光射本，但那并光的非身我们看到的是光与空气中的颗粒发生，彩也撞碰散射到人的眼睛形成的舞台上炫的灯光秀是同，，能看不同的事射样的道理可以说人眼够到物跟散息息。 关相来子术将这两中散技反应堆而者结合起的射就是利用子，加器的中与物发生或速产生质相互作用研究物质的静力。观态结构及物质的微动学性质的方法它能够告诉我们料子，。 在什物质或者材中的原在哪里还有它们做么讲了，子术？这么多那射底哪些应么中散技到有用呢
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中子散射的研究发展
中子散射的研究发展 由于热中子的波长、能量与凝聚态物质的分子、原子间距离和热运动能量相近，利用中子弹性和非弹性散射技术，可以了解物质的微观结构与性能。并且中子对氢原子的散射截面远大于其他元素，使得在利用中子散射研究包含大量氢元素的大分子结构以及动力学特征方面有显著优势。文章对中子散射产生的原理、特点进行总结，并利用中子散射技术在确定物质晶体结构、磁结构、缺陷分析等方面进行探讨，最后对中子散射技术在未来各个研究方向的应用进行了探讨和展望。 在进行用α粒子轰击铍的实验时，人们第一次发现了中子。若想用一种辐射来分析物质结构，那么其波长的量级要与被测物质原子间的距离量级相等。如果是分析分子、原子的运动状态，那么它的能量要与被测分子、原子的能量相差无几。中子在这两个方面都满足条件，适合被用于探究物质结构和其运动状态。 利用中子散射来研究物质微观结构的目的，是了解物质的原子排布。其实验方法包括中子衍射、中子小角散射和中子反射技术。物质微观动力学性质研究是为了解物质中粒子的运动方式。其实验方法包括中子非弹性散射技术和中子准弹性散射技术。 随着科技进步，中子散射技术日益完善。其应用已广泛涉及于航天、生物、地矿和材料等领域。中子散射弥补了X射线在物质微观结构研究的不足之处，并且在磁结构、动力学特性研究方面。它的作用是唯一、不可替代的。 2 中子散射技术的原理及特点 晶体中有序排列的原子对中子波而言相当一个三维光栅，中子波通过时会产生衍射现象。散射波会在某些特定的散射角干涉加强形成衍射峰。峰的位置、强度与晶体中的原子位置、排列方式以及各个位置上原子的种类有关。对于磁性物质衍射峰的位置还与原子的取向、排列方式和磁矩大小有关。 液体和非晶态物质的结构无长程有序，它们的散射曲线不会出现明显的衍射峰。但由于结构中存在短程有序，所以还会在散射曲线中出现少数表征短程有序的矮而宽的小峰。它们仍然可以从统计的意义上为我们提供液体和非晶物质最近邻配位原子的信息。 综上所述，我们可以利用中子衍射研究物质结构和磁结构。
小角散射
一、什么是X射线小角散射 一种区别于X射线大角（2θ从5 ～165 ）衍射的结构分析方法。利用X射线照射样品，相应的散射角2θ小（5 ～7 ），即为X射线小角散射。 二、X射线小角散射的用途 用于分析特大晶胞物质的结构分析以及测定粒度在几十个纳米以下超细粉末粒子（或固体物质中的超细空穴）的大小、形状及分布。对于高分子材料，可测量高分子粒子或空隙大小和形状、共混的高聚物相结构分析、长周期、支链度、分子链长度的分析及玻璃化转变温度的测量。 三、X射线小角散射的原理 小角散射效益来自物质内部1～l00nm量级范围内电子密度的起伏，当一束极细的x射线穿过一超细粉末层时，经粉末颗粒内电子的散射，X射线在原光束附近的极小角域内分散开来，其散射强度分布与粉末粒度及分布密切相关。 20世纪初，伦琴发现了比可见光波长小的辐射。由于对该射线性质一无所知，伦琴将其命名为X射线(X-ray)。到20世纪30年代，人们以固态纤维和胶态粉末为研究物质发现了小角度X射线散射现象。当X射线照射到试样上时，如果试样内部存在纳米尺度的电子密度不均匀区，则会在入射光束周围的小角度范围内（一般2=<6º）出现散射X射线，这种现象称为X射线小角散射或小角X 射线散射（Small Angle X-ray Scattering），简写为SAXS 。其物理实质在于散射体和周围介质的电子云密度的差异。SAXS已成为研究亚微米级固态或液态结构的有力工具。 横坐标是散射峰的位置，纵坐标是散射峰的强度，这一点与XRD是类似的。纵坐标的绝对数值没有意义，只是表示相对的强度。 而对于横坐标，XRD的位置通常用角度?或2?标示，而SAXS的位置是用q 标示的，q一般叫做散射矢量或者散射因子，q与?有简单的换算关系q = 4πsin?/λ。在SAXS中由于?的数值变化范围很小，所以用q标示更方便。 在XRD中，衍射峰对应的?可以换算出对应的晶面间距，实际上就是样品中一定范围内的周期性长度。在SAXS中物理意义上是一样的，还是样品中一定范围内的周期性长度，只是由于?值更小，对应的长度也就更大。通俗地讲，这些长度可以是粒径、孔径、层间距等等，甚至是一些不是通常结构尺寸意义的长度。 33.2nm，36.2nm，2.94nm这些数值，就是样品中的某些特征长度。至于具体是什么长度，需要看上下文理解了。这里提到的应该有液晶的层间距吧。
CSNS中子散射谱仪
CSNS中子散射谱仪 中子散射谱仪
王芳卫
for the CSNS Instrument Team
CSNS Engineering Center for Target Station and Neutron Instruments Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
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试验系统简介 ? CSNS试验系统简介 中子产生： ? 中子产生：靶站物理及预制研究 中子利用： ? 中子利用：一期三台谱仪物理设计介绍 ? 中子谱仪各组成部分的设计和预制研究 任务分级细分、 ? 任务分级细分、时间安排与投资概算
散裂中子源进展 November 12, 2008
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试验系统简介 ? CSNS试验系统简介 中子产生： ? 中子产生：靶站物理及预制研究 中子利用： ? 中子利用：一期三台谱仪物理设计介绍 ? 中子谱仪各组成部分的设计和预制研究 任务分级细分、 ? 任务分级细分、时间安排及投资概算
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中子产生和利用： 中子产生和利用：同一屋檐下的不同任务
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Project of central organization
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中子散射
中子散射方法测定结构 中子是在二十世纪初被发现的. 中子和质子一样是组成原子核的基本粒子. 中子的质量与质子相近, 中子不带电荷但具有磁矩, 其自旋为1/2. 早在二十世纪三十年代, 就发现中子可以被散射. 但直到二十世纪中期, 核反应堆的建立提供了稳定的强中子源, 使得中子散射研究成为可能. 二十世纪八十年代散裂脉冲中子源的出现使人们可以得到更强的中子流. 由于中子散射研究的迅速发展及其在科学上的重大贡献, 1994年诺贝尔物理奖授予了中子散射领域的两位代表人物 C.G. Shull 和B.N. Brockhouse, 以表彰他们分别在中子弹性散射和非弹性散射领域做出的卓越贡献. 3.11.10.1 中子散射的特点 热中子(下面一般简称为中子)的波长与一般晶胞的线度相近, 可用来测定晶体结构和磁结构. 与X射线相比, 中子具有如下特点: z X射线的散射体是核外电子, 其相干散射长度与各元素的原子序数成比例; 而中子的散射体是原子核, 其相干散射长度与各元素的原子序数无关, 且各同位素因核结构不同而具有不同的相干散射长度. 因此中子散射可以精确测定较轻原子特别是H的位置, 也可区分元素周期表上的近邻原子, 还可以识别同位素. z中子具有磁矩, 是直接探测磁结构的唯一手段. z中子具有极强的穿透力, 适于研究在各种环境条件, 如高温, 低温及高压等, 下的结构及其变化. 3.11.10.2 中子结构分析的基本原理 3.11.10.2.1 晶体结构分析 中子晶体结构分析的原理与X射线基本相同, 区别仅在于散射体不同. 晶体产生中子衍射的条件是布拉格方程 2 d Sinθ = λ
小角激光散射法
实验七 小角激光光散射法测定 全同立构聚丙烯球晶半径 小角激光光散射（Small Angle Laser Scattering ，以下简称SALS ）法被广泛地用来研究聚合物薄膜、纤维中的结构形态及其拉伸取向、热处理过程结构形态的变化、液晶的相态转变等，已成为研究聚合物结构与性能关系的重要方法。SALS 表征的聚合物结构单元的大小在10-10m 到10-8m 之间。 一、实验目的： 用小角激光光散射法研究聚合物的球晶，并了解有关原理。 二、基本原理： 根据光散射理论，当光波进入物体时，在光波电场作用下，物体产生极化现象， 出现由外电场诱导而形成的偶极矩。光波电场是一个随时间变化的量，因而诱导偶极矩也就随时间变化而形成一个电磁波的辐射源，由此产生散射光。光波在物体中的散射，根据谱频的3个频段，可分为瑞利（Rayleigh ）散射，拉曼（Raman ）散射和布里渊（Brillouin ）散射等。而SALS 方法是可见光的瑞利散射。它是由于物体内极化率或折射率的不均一性引起的弹性散射，即散射光的频率与入射光的频率完全相同（拉曼散射和布里渊散射都涉及到频率的改变）。 图7-1为SALS 法原理示意图。当在起偏镜和检偏镜之间放入一个结晶聚合物样品时，入射偏振光将被样品散射成某种花样图。图中的θ角为入射光方向与被样品散射的散射光方向之间的夹角，简称为散射角，μ角 为散射光方向在YOZ 平面（底片平面）上的投影与Z 轴方向的夹角，简称方位角。 当起偏镜与检偏镜的偏振方向均为垂直方向时，得到的光散射图样叫做V V 散射，当两偏光镜正交时，得到的光散射图叫做V H 散射。图7-1所示即V H 散射。对SALS 散射图形的理论解释目前有模型法和统计法两种。 所谓模型法，是斯坦和罗兹（Rhodes ）从处于各向同性介质中的均匀的各向异性球的模型出发来描述聚合物球晶的光散射，根据瑞利-德拜-甘斯（Rayleigh-Debye-Gans ）散射的模型计算法可以得到如下的V V 和V H 散射强度公式： 图7-1
光散射原理及其应用
安徽大学 本科毕业论文（设计、创 作） 题目: 光散射原理及其应用 学生姓名：彭果学号：B21114051 院（系）：物理与材料科学学院专业：光信息科学与技术入学时间：二〇一一年九月 导师姓名：喻远琴所在单位：安徽大学物理与材料科学学院完成时间：二〇一五年六月
光散射原理及其应用 彭果 (安徽大学物理与材料科学学院，安徽合肥230061) 摘要：光通过不均匀物质时朝四面八方散射的现象称为光散射。本文首 先简要阐述了光散射的原理和分类；然后运用光散射的知识解释了一些 生活中常见的大气现象，例如蓝天、白云、朝霞、晚霞以及夕阳等；最 后介绍了光散射在医疗和摄影等方面的应用。 关键词：光散射，瑞利散射，拉曼散射，偏振 Light scattering principle and application Pengguo (School of Physics & Material Science, Anhui University, Hefei 230061, China) Abstract: Light scattering by the light passing through the inhomogeneous material is called light scattering. In this paper, the principle and classification of optical scattering are briefly introduced. Introduces the application of light scattering in the phenomenon of life, and the application of light scattering in medical treatment, photography, etc Key words:Light scattering and Rayleigh scattering, Raman scattering, polarization 晚霞满天，一片又一片的火烧云，把天空织成美丽的锦缎，真是一幅绮丽的奇景，晚霞有多少种颜色？红色，黄色，金色，紫色，蓝色，或许还有别的颜色。这是小学语文课文的《火烧云》，火烧云的形成其实包含了光散射的原理。在生活中光散射的现象随处可见，蓝天、白云、晓霞、彩虹、雾中光的传播等等常见的自然现象中都包含着光的散射现象。 随着科技的发展，光散射在各个科学技术部门中有广泛应用。例如，根据胶体体系中光散射理论，光散射可用于判断溶胶还是分子液体，照相补光，利用共振光散射法做DNA的定量分析，基于光散射流式细胞仪的广泛应用，瑞利光散射光谱法研究牛血红蛋白与镝（Ⅲ）的相互作用等，复杂结构光散射的射线跟踪方法及其应用。光散射的应用在生活中的各方面都有重要意义。