빔 상호작용¶
빔 상호작용은 선택한 결정이 입사하는 X선, 전자 또는 중성자 빔과 어떻게 상호작용하는지를 설명합니다. 선택한 한 가지 방사선에 대해 허용된 반사와 그 구조 인자, 물질을 통과하는 빔의 감쇠와 수송, 각 원소의 원자 산란 인자, 그리고 (X선의 경우) 특성 형광선을 계산합니다. 상단에서 방사선 종류를 전환하면 모든 것이 다시 계산되므로, 동일한 결정을 회절 및 분광 기법에 걸쳐 비교할 수 있습니다.
입사빔은 창 상단의 띠에서 선택합니다. 그 아래의 네 개 탭 — 반사, 감쇠 & 수송, 산란 인자, 형광 — 는 상호작용의 서로 다른 측면을 보여줍니다. 아래의 각 탭 절은 X-ray / Electron / Neutron 빔에 따른 탭을 보여줍니다 (각 그림의 탭을 사용하세요). 내용은 빔에 따라 현저하게 달라집니다.
고체물리학 배경 (부록 A2)
이 네 개 탭의 배경이 되는 산란 및 고체물리학 — 원자 산란 인자, 구조 인자, 빔 감쇠와 수송, 형광 — 은 부록 A2. 빔 상호작용 (고체물리학 배경) 에서 설명합니다.
X선 데이터와 동봉된 xraylib 라이브러리
많은 X선 물리량 (이상 분산 \(f'/f''\), \(F(q)+S(q)\) 산란 분할, 질량 감쇠의 photo / Rayleigh / Compton 분해, 흡수단 점프, 형광 수율) 은 동봉된 xraylib 라이브러리로 평가됩니다. xraylib을 사용할 수 없으면 ReciPro는 내부 테이블 (광흡수만의 감쇠, 특성선 에너지만) 로 대체하며, 영향을 받는 셀에는 N/A 가 표시됩니다. 각 테이블의 source 행은 어떤 데이터 집합이 사용되었는지를 나타냅니다.
키보드 & 마우스 단축키¶
이 창에는 특별한 키 조합이 없습니다. F1 은 이 매뉴얼 페이지를 엽니다. 산란 인자 탭에서는 세로 커서선을 끌어서 그 위치에서 각 원소의 산란 인자를 읽을 수 있으며, 모든 탭에는 테이블을 스프레드시트에 붙여넣을 수 있는 텍스트로 내보내는 Copy 버튼이 있습니다.
→ 모든 창을 한눈에 보려면 21. 키보드 & 마우스 단축키 를 참조하세요.
빔과 파장¶
상단 띠는 다른 시뮬레이터들과 공유되는 Wave Length Control 입니다.
- X-ray / Electron / Neutron : 원자 산란 인자와 상호작용 물리는 입사빔의 종류에 따라 다르므로 여기서 전환합니다.
- X-ray 의 경우 Element (양극 재료) 와 특성선 (Kα 등) 을 선택하면 해당 특성 X선의 파장이 자동으로 설정됩니다.
- Energy (keV) 와 Wavelength (Å) 는 연동되어 있습니다. 어느 한쪽을 설정하면 다른 쪽이 갱신되며, 둘 다 반사 테이블에서 사용되는 2θ를 결정합니다.
- Unit (Å / nm) 은 d-간격 및 유사한 물리량에 사용되는 길이 단위를 전환합니다.
선택한 빔은 또한 어떤 탭과 곡선이 의미가 있는지를 결정합니다:
| 빔 | 반사 | 감쇠 & 수송 | 산란 인자 | 형광 |
|---|---|---|---|---|
| X-ray | 이상 분산을 포함한 구조 인자 | µ/ρ, µ, 투과율 + 흡수단 (에너지에 대해) | \(f(s)\) 또는 \(F(q)+S(q)\) | 특성선 + EDX 스틱 |
| Electron | 전자 구조 인자 | σ, MFP, |dE/ds|, IMFP, 비정 (에너지에 대해) | Peng / Kirkland / 8-Gaussians | — (숨김) |
| Neutron | 핵 구조 인자 | 산란 길이 & 단면적 (에너지 곡선 없음) | 산란 길이 (s 의존성 없음) | — (숨김) |
형광 탭은 X선 전용이며 전자 및 중성자 빔에서는 사라집니다. 중성자의 경우 감쇠 & 수송 와 산란 인자 의 에너지 의존 그래프는 원소 테이블로 대체되는데, 이는 핵 산란 길이가 산란각이나 에너지에 의존하지 않기 때문입니다.
반사 탭¶
결정의 허용된 결정면 (반사) 과 각각의 구조 인자 및 회절 강도를 나열합니다. X선의 경우 구조 인자에 이제 현재 에너지에서의 이상 분산 항 \(f'/f''\) 가 포함되므로, 흡수단 근처에서 F_inv (허수부) 는 일반적으로 0이 아닙니다. 레이아웃은 모든 빔에 대해 동일하며, 구조 인자 값과 각 반사의 2θ만 달라집니다.
Options
- Powder Diffraction Intensities (Bragg-Brentano Optics) : 상대 강도를 분말 회절 (Bragg–Brentano) 강도로 계산하며, 중복도와 Lorentz–편광 인자를 포함합니다. 끄면 구조 인자 강도를 표시합니다. 켜면 Hide equivalent planes 와 Hide prohibited planes 도 강제로 켜집니다.
- Hide equivalent planes : 결정학적으로 등가인 면들을 하나의 항목으로 합칩니다.
- Hide prohibited planes : 소광 규칙에 의해 강도가 0인 면들을 제외합니다.
- d-Spacing Cutoff > : d-간격이 이 값보다 작은 반사를 제외합니다 (길이 단위는 Unit 선택을 따릅니다).
각 행은 하나의 반사 (또는 대칭 등가 면들의 그룹) 입니다:
| 열 | 의미 |
|---|---|
| h, k, l | 밀러 지수 |
| Multi. | 중복도 (대칭 등가 면의 수) |
| d (Å) | 격자면 간격 |
| q (2π/d) | 산란 벡터의 크기 |
| 2θ (°) | 선택한 파장에 대한 회절각 |
| F_real | 구조 인자의 실수부 |
| F_inv | 구조 인자의 허수부 (X선 이상 분산에서 0이 아님) |
| |F| | 구조 인자 진폭 (\(= \sqrt{F_\text{real}^2 + F_\text{inv}^2}\)) |
| F^2 | 구조 인자 강도 (\(\lvert F\rvert^2\)) |
| Rel. Int. (%) | 상대 강도, 가장 강한 반사를 100으로 설정 |
회절 피크 플롯. 테이블 아래에는 동일한 반사들이 스틱 패턴으로 그려지며, 가장 강한 피크에는 그 hkl 이 레이블로 표시됩니다.
- 가로축 선택기는 2θ (도 단위의 산란각), d (격자면 간격), Q (\(= 4\pi\sin\theta/\lambda\), 산란 벡터 / 운동량 전달) 중에서 선택합니다. 세 옵션은 동일한 반사들을 나타내며, 가로 축척만 달라집니다.
- Log I 는 강도 축을 선형과 로그 사이에서 전환합니다. 회절 강도는 여러 자릿수에 걸쳐 분포하므로, 로그 축척은 하단을 늘려서 선형 축척이 기준선에 눌러 평탄화시키는 약한 피크들을 드러냅니다.
- Range 박스는 플롯되는 가로 범위와 강도 범위를 설정합니다.
감쇠 & 수송 탭¶
빔이 물질을 얼마나 깊이 침투하는지와 에너지를 어떻게 잃는지를 나타냅니다. 내용은 빔에 따라 달라집니다.
X-ray¶
라디오 버튼은 광자 에너지 (1–60 keV, 로그 축) 에 대해 플롯되는 계수를 선택합니다:
- µ/ρ — 질량 감쇠 계수 (cm²/g): 물질이 X선을 그램당 얼마나 강하게 제거하는지를 나타내며, 얼마나 조밀하게 채워져 있는지와 무관합니다 (이것이 참조 테이블에서 찾을 수 있는 값입니다). 그래프는 total 과 함께 그 photo, Rayleigh, Compton 성분을 보여줍니다.
- µ — 선 감쇠 계수 \(\mu = (\mu/\rho)\cdot\rho\) (cm⁻¹): 실제 밀도의 실제 물질 1센티미터당 감쇠. 투과 강도는 \(I = I_0\,e^{-\mu t}\) 를 따르며, \(1/\mu\) 는 강도가 약 37 % (1/e) 로 떨어지는 거리입니다.
- T % — Thickness t 박스 (µm) 에 설정한 시료 두께 t 에 대한 백분율 투과율 \(T = e^{-\mu t}\). 100 % = 투명, 0 % = 완전 차단. 이를 사용하여 현재 에너지에서 적절한 시료 두께를 판단하세요.
세로선은 현재 에너지와 각 원소의 흡수단 을 표시합니다. 왼쪽의 스칼라 테이블은 현재 에너지에서 다음을 나열합니다: µ/ρ (total), µ (linear), Attenuation length (\(1/\mu\)), HVL (반가층, \(\ln 2/\mu\)), 두께 t 에서의 Transmission, µ_en/ρ (질량 에너지 흡수 계수), X선 굴절률 감소량 δ 와 β (\(n = 1-\delta+i\beta\)), 외부 전반사를 위한 θc (critical) 각, 그리고 실수 X-ray SLD (산란 길이 밀도). 아래 테이블은 각 원소의 K 및 L3 흡수 edge 에너지와 그 Jump 비를 나열합니다.
Electron¶
물리량 선택기는 빔 에너지 (1–30 keV) 에 대해 무엇을 플롯할지 선택합니다:
- All (normalized) — 아래의 세 곡선을 겹쳐서, 각각을 자체 최댓값으로 재척도화하여 형태를 하나의 플롯에서 비교할 수 있게 합니다 (절대값은 테이블에서 읽으세요).
- σ elastic (nm²) — 탄성 산란 단면적: 단일 원자가 전자를 편향시킬 가능성이 얼마나 되는지.
- Elastic MFP (nm) — 평균 자유 행로: 전자가 탄성 산란 사건 사이에 이동하는 평균 거리.
- |dE/ds| (keV/nm) — 저지능의 크기: 전자가 이동 거리 1나노미터당 잃는 에너지.
- IMFP (nm) — 비탄성 평균 자유 행로: 에너지를 잃는 충돌 사이의 평균 거리.
- Range CSDA (µm) — 전자가 멈출 때까지 이동하는 전체 경로 길이.
스칼라 테이블은 전자 wavelength, σ elastic, Elastic MFP, |dE/ds|, IMFP, Plasma E 와 평균 여기 에너지 J, 두 가지 전자 range (Kanaya–Okayama 침투 추정값과 CSDA 적분 경로 길이), 그리고 평균 Z, A 를 나열합니다. 원소별 테이블은 각 원소의 원자 분율과 탄성 단면적 σ를 제공합니다. 탄성 단면적은 NIST Mott 데이터 (50 eV–36 keV) 를 사용하며 36 keV 위에서는 screened Rutherford 로 대체됩니다.
Neutron¶
중성자 상호작용은 에너지 의존 곡선이 아니라 핵 단면적으로 정해지므로, 이 탭은 테이블만 표시합니다. 스칼라 테이블은 평균 가간섭 산란 길이 b̄, Coherent SLD, 평균화된 가간섭 / 비가간섭 / 흡수 / 전체 단면적 (σ̄_coh, σ̄_incoh, σ̄_abs, σ̄_total), 거시 전체 단면적 Σ_total 과 그에 대응하는 attenuation length 를 나열합니다. 흡수 단면적은 현재 파장에서 1/v 법칙으로 평가되며, 이것이 유효하지 않은 핵종 (Cd, Sm, Eu, Gd 공명 흡수체) 은 표시됩니다. 원소별 테이블은 b_coh, σ_coh, 그리고 원자 분율을 나열합니다.
산란 인자 탭¶
각 구성 원소의 원자 산란 인자를 \(s = \sin\theta/\lambda\) (Å⁻¹) 에 대해 플롯합니다. 각 원소는 자체 색으로 그려지며, 세로 커서선 을 끌어서 그 위치에서 모든 원소의 산란 인자를 왼쪽 테이블로 읽을 수 있습니다.
- X-ray 는 두 가지 Model 모드를 제공합니다: f(s) 는 통상적인 X선 원자 산란 인자 (전자 단위) 를 플롯합니다. F(q)+S(q) 는 Rayleigh 가간섭 형상 인자 \(F(q)\) 와 함께 Compton 비가간섭 산란 함수 \(S(q)\) 를 (xraylib에서) 플롯합니다. 테이블은 또한 현재 에너지에서의 이상 분산 항 f'(E) 와 f''(E) 를 나열합니다.
- Electron 은 전자 산란 인자의 세 가지 매개변수화를 제공합니다: Peng, Kirkland, 8-Gaussians. 테이블은 \(f_e(s)\) (nm) 와 그것을 생성한 model 을 보여줍니다.
- Neutron 산란 길이는 \(s\) 에 의존하지 않으므로 곡선이 그려지지 않습니다. 테이블은 각 원소의 가간섭 산란 길이 b_coh 와 그 가간섭 / 비가간섭 단면적을 나열합니다.
- Debye-Waller 는 각 원자의 등방성 변위 매개변수를 사용하여 각 인자에 열적 감쇠 \(e^{-B s^2}\) 를 곱합니다.
형광 탭¶
X선 빔에 대해 시료의 특성 형광 방출을 나타냅니다. (이 탭은 전자 및 중성자 빔에서는 숨겨집니다.)
EDX emission lines 플롯은 모든 원소의 특성선 (Kα1, Kα2, Kβ1, Lα1, Lα2, Lβ1) 을 그 광자 에너지에서 스틱으로 그리며, 높이는 원자 분율 × 방사율 × 형광 수율에 비례합니다 (정성적인 EDX 스타일 미리보기로, 여기 단면적과 검출기 효율은 모델링되지 않습니다). 아래 테이블은 선별로 원소, 선 이름, 에너지 E keV, 상대 강도 Rel.I, 형광 수율 ω 를 나열합니다. 스칼라 테이블은 각 원소의 K-껍질 수율 ω_K 와 스펙트럼에서 strongest line 을 보고합니다.
클립보드로 복사¶
각 탭에는 테이블을 Excel과 같은 스프레드시트에 붙여넣을 수 있는 텍스트로 클립보드에 복사하는 Copy 버튼이 있습니다.
함께 보기¶
- 결정 데이터베이스 — 상호작용을 계산할 결정을 정의합니다.
- 회절 시뮬레이터 — 구조 인자를 사용하여 회절 패턴을 시뮬레이션합니다.
- 부록 A2. 빔 상호작용 (고체물리학 배경) — 모든 탭의 배경이 되는 산란 및 고체물리학.