5555....x線回折 - nda.ac.jp · 35 3. 放射線被爆放射線被爆...

19
34 5.X 線回折 線回折 線回折 線回折 1. はじめに はじめに はじめに はじめに 2. 目的 目的 目的 目的 X 線の性質(X 線の吸収)調べ。粉末 X 線回折実験行い、未知試料の結晶構造 同定す。また、標準試料の格子定数求め。 EXCEL用いた解析(誤差評価) も習得す( 持参すこと)。 X 線などの放射線被爆について学習し、放射線被爆予防の理解め。さに、X 発生装置の安全装置の動作確認と緊急事態の対処について学ぶ。 単結晶と多結晶の回折の違いについて考察す。 以下 以下 以下 以下の条件 条件 条件 条件満たさない たさない たさない たさない場合 場合 場合 場合、学生実験 学生実験 学生実験 学生実験始めない めない めない めない! ① 予習してこない。 ② 学生実験持ってこない(に書く学生が多い)。 実験 実験 実験 実験 の作方 ① 実験は、(手書 手書 手書 手書き )で書くこと!で書かた は受け取ない。 ② 誰が読でも分かやすい書くこと。 ③ 客観的な記述考察が要求さ。は感想文ではない!(大学生 になって も論理的な書けない学生が多い) ④ 誤差単位に細心の意払うこと。には必ず単位書くこと。

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  • 34

    X

    1.

    2.

    XXX

    EXCEL

    XX

  • 35

    3.

    X

    [ ] [ ]

    1 150 mSv /

    2 500 mSv /

    3 13 mSv /

    4 10 mSv /

    ( 2 mSv / )

    ( Bq )

    ( Sv )

    XX

    4.

    4.1 X

    XX

    X t ( cm ) I0 I

    (1 / cm )

    tII = e0 (1)

    Check 1. X

    Point 2.

    Check 1. XX

    Point 2. XX

  • 36

    X ( g / cm3 ) / ( cm2 / g )

    1

    4.2

    1X

    (2)

    d

    X

    4.3

    2X

    2

    Check 1. X

    Point

    Check 1.

    Point 2.

  • 37

    ( unit cell )

    3

    a, b, c

    , lattice constants

    , ,

    3

    ( Miller indices ) h k

    ab a / hb / kc /

    h k 4

    4

    ( cubic ) a = b = c = = = 90

    2

    aaaa

    aaaa

    100100100100))))200200200200)))) 200200200200))))

    100100100100))))

    200200200200))))

    aaaa

    110110110110))))

    aaaa

    111111111111))))

    111111111111))))

    aaaa

    110110110110))))

  • 38

    (2)(3)cubic X X a

    4.4

    f F

    3

    ( )

    =

    ++=N

    1n

    i2

    nnnnezkyhx

    fFl

    (5)

    5

    ( body-centered cubic, bcc )

    2 N = 2 5

    czbyaxrrrrrnnnn ++= 1 a

    (x1, y1, z1) = (0, 0, 0) (x2, y2, z2) = (1/2, 1/2, 1/2) 25

    { })(ie1 l+++= khfF 3

    h + k + F = 0

    h + k + F = 2f 6

    Check 1. X

    Point 2.

  • 39

    5 bcc

    ( face-centered cubic, fcc )

    fccN = 4 6(x1, y1, z1) = (0, 0, 0)(x2, y2, z2) = (1/2, 1/2, 0)(x3, y3,

    z3) = (1/2, 0, 1/2)(x4, y4, z4) = (0, 1/2, 1/2) 45

    { })i()i()i( eee1 hkkhfF +++ +++= ll

    h, k, (h, k, : mixed) F = 0

    h, k, (all odd) (all even) F = 4f 7

    6 fcc

    (0,0,0)(0,0,0)(0,0,0)(0,0,0) (1/2,1/2,1/2)(1/2,1/2,1/2)(1/2,1/2,1/2)(1/2,1/2,1/2)

    aaaa

    (0,0,0)(0,0,0)(0,0,0)(0,0,0) (1/2,1/2,0)(1/2,1/2,0)(1/2,1/2,0)(1/2,1/2,0)

    (1/2,0,1/2)(1/2,0,1/2)(1/2,0,1/2)(1/2,0,1/2)

    (0,1/2,1/2)(0,1/2,1/2)(0,1/2,1/2)(0,1/2,1/2)

    aaaa

  • 40

    h + k + = 4m F = 8f

    h + k + = 4m1 F = 4 (1i) f

    h + k + = 4m2 F = 0

    ( diamond structure )

    N = 8 7 8

    (x1, y1, z1) = (0, 0, 0)

    (x2, y2, z2) = (1/2, 1/2, 0) (x3, y3, z3) = (1/2, 0, 1/2) (x4, y4, z4) = (0, 1/2, 1/2)

    (x5, y5, z5) = (1/4, 1/4, 1/4)

    (x6, y6, z6) = (1/4, 3/4, 3/4) (x7, y7, z7) = (3/4, 1/4, 3/4) (x8, y8, z8) = (3/4, 3/4, 1/4)

    5

    { }

    ++++=++

    +++)i(

    2

    )i()i()i( e1eee1l

    llkh

    hkkhfF

    fcc)i()i()i(

    fcc eee1hkkh

    F+++ +++= ll

    +=++ )i(

    2

    fcc e1lkh

    FfF

    fcc

    all odd all even Ffcc = 4

    +=++ )i(

    2

    e14lkh

    fF 7

    8

    F = 0

    ( extinction rule )

  • 41

    5.

    2

    1 2

    X

    X

    5.1 X

    E R

    R = 8.31441 [J /mol /K]

    =RT

    EexpA (9)

    () (kg/m/s)

    20 0.000971

    25 0.000906

    30 0.000787

    35 0.000733

    40 0.000659

    45 0.000598

    50 0.000541

    1

    Check 1. X

    Point 2.

    40,000 cps X

  • 42

    0.2 mm 1 10

    X

    XX 6000

    t ( cm )

    X (1) /

    ( cm2 / g ) EXCEL

    2.71 ( g / cm3 ) 4

    5.2 ( Si )

    K2

    28

    h, k, 4

    2 a 2 a

    1.5406 a / a

    5.3

    NaCl ( sodium chloride structure8 ) CsCl cesium chloride structure,

    9 Na, Cs, Cl

    fNa, fCs, fCl

    Check 1.

    Point 2.

    Check 1. X

    Point

  • 43

    8 NaCl 9 CsCl

    NaCl CsCl

    Na 0, 0, 0 1/2, 1/2, 0 1/2, 0, 1/2 0, 1/2, 1/2 Cs 0, 0, 0

    Cl 1/2, 0, 0 0, 1/2, 0 0, 0, 1/2 1/2, 1/2, 1/2 Cl 1/2, 1/2, 1/2

    ( NaCl ) ( CsCl )

    NaCl a = 5.6402 CsCl a = 4.123

    KCl a = 6.2917 CsBr a = 4.296

    CsI a = 4.5679 10

    h, k,

    45 2Cubic

    100 010 001 2 h, k, 2

    440 1.5406

    h k l NaCl KCl CsCl CsBr CsI

    1 0 0

    1 1 0

    1 1 1

    2 0 0

    2 1 0

    2 1 1

    2 2 0

    2 2 1

    2 2 2

    3 0 0

    2 h, k, 2

  • 44

    5A, B, C, D, E

    K2 2 2

    NaCl, KCl, CsCl, CsBr, CsI

    6.

    a 2

    X

    7.

    X

    X

    a / a

    NaClCsCl

    1.X 1988

    2.X 1994

    3.X 1982

  • 45

    1 X

    X xI

    I

    xI

    Id

    d=

    = xII

    dd

    ln I = - x + C

    C ee = xI

    x = 0 I = I0

    xII 0 e= 11

    2

    nr = ( p q r )

    rr = ( x y z )

    nr ( 0rr

    rr )

    10

    ( ) 00 = rrrrr

    n

    p(x - x0) + q(y - y0) + r(z - z0) = 0

    px + qy + rz = px0 + qy0 + rz0 = s

    px + qy + rz = s

    ntr= ( tp tq tr ) 10

    p(tp) + q(tq)+r(tr) = s

    t ( p2 + q

    2 + r

    2)=s

    222 rqp

    st

    ++=

    ( px + qy + rz = s ) d

    222

    222

    222rqp

    srqp

    rqp

    sntd

    ++=++

    ++==

    r 12

    = ( = ( = ( = ( p q r p q r p q r p q r ))))

    r-rr-rr-rr-r0000

    0000

  • 46

    3

    1 2

    unit cell 2

    11

    A x = 0

    B x = 1/2

    (x= 1)

    X

    X

    11

    11

    x t (x, t) c

    x x ct (x, t) = f(x - ct) f(x)

    x 2 )(f"),(

    2

    2

    ctx =

    x

    txt 2

    )(f"),( 2

    2

    2

    ctx =

    c

    t

    tx

    2

    2

    2

    2

    2

    1

    xtc

    =

    13

    =2

    G = 2c = G

    c

    =

    2

    2

    22

    2

    2

    1

    1

    xGt

    =

    14

    A cos ( xGrr

    - t) = A cos G(x /Gt) = A cos G(x ct)

    B sin (Gx - t) = A cos ( xGrr

    - t) + B sin ( xGrr

    - t)

    B = iA ei = cos + i sin

    = )i(Ae txG rr

  • 47

    ez

    L+++++=!4

    z

    !3

    z

    !2

    zz1e

    432z

    L!5

    i!4!3

    i!2

    i1e5432

    i +

    +

    +=

    +

    ++

    +

    = LL

    !5!3i

    !4!21e

    5342i

    += sinicose i 15

    z = x + i y (x, y) 1

    12

    1e i =

    ie 2i

    =

    12

    X ( = 0) 1e2

    i =t

    = )i(Ae txG rr

    1

    =

    =N

    1n

    i

    nnexG

    fFrr

    *** cbkahGrl

    srr++=

    crrrr

    nnnn zbyaxr ++=

    1111-1-1-1-1

    iiii

    -i-i-i-i

    coscoscoscos

    sinsinsinsin

  • 48

    aa*rr

    = bb *rr

    = cc*rr

    = 2

    ba*rr

    = cb *rr

    = ac*rr

    = = 0 16

    1 *ahGrr

    = axrrrnn = nrG

    rr = 2hxn

    A ( x1 = 0, f1 = 3 )B ( x2 = 1 / 2, f2 = 1 )N = 2

    hhxhx fffffF

    =

    +=+== i21i22i21N

    1n

    i2

    n eeee21n hx

    h = 2m F = f1 + f2 = 4 16* = FFI

    h = 2m1 2e 21i

    21 ==+= ffffF 4* = FFI 17

  • 49

    4

    69.5 3

    4 5

    15670 25.160

    (precisionprecisionprecisionprecision)

    (accuracyaccuracyaccuracyaccuracy)

    0

    0

    0

  • 50

    1.583

    +) 319.2

    320.783 320.8

    4

    2

    5.2976348

    +) 5.2976347

    0.0000001 1

    x

    19

    (x)

    ABC 1

    ( ) ( ) 22m

    1i

    i

    2

    i

    22 x)x(fxx == =

  • 51

    (x)

    20

    13

    13

    21

    22

    13

    2

    x1, x2, x3, xn

    n

    23

    2

    2 24

    24

    2

    ( )

    =2

    2

    2

    xexp

    2

    1)x(f

    0 5 10 15 200.0

    0.5

    1.0

    = 2

    = 1

    = 0.5

    f(x)

    f(x)

    f(x)

    f(x)

    XXXX( )

    = dx2

    xexpx

    2

    12

    2

    =x

    dx)x(fxx

    =

    ( ) ( ) dx)x(fxx 22

    =

    ( ) 22x =

    =

    =n

    1i

    ixn

    1x

    =

    =n

    1i

    2

    i

    2 )xx(n

    1s

    22

    n

    1ns

    =

    =

    =n

    1i

    2

    i

    2 )xx(1n

    1s

  • 52

    25

    24

    26

    s2

    27

    ,

    28

    (x, y)

    z 0

    f(x, y) x, y x, y

    29

    29

    30

    22s =

    x

    ( )n

    s

    nx

    222 =

    =

    x

    n

    s=

    x

    yy

    )y,x(fx

    x

    )y,x(fz

    +

    =

    y

    xz =

    y

    y

    x

    x

    z

    z

    =

    )y,x(fz =

    ( ) ( )yyy

    zxx

    x

    zzz iii

    +

    =

    =

    =n

    1i

    2

    i

    2

    z )zz(1n

    1s

    2

    y

    2

    2

    x

    2

    2

    z sy

    zs

    x

    zs

    +

    =