射束相互作用¶
射束相互作用 描述所选晶体如何与 X 射线、电子或中子 入射束发生相互作用。对于一种选定的辐射，它计算允许的反射及其结构因子、射束在材料中的衰减与输运、各元素的原子散射因子，以及（对于 X 射线）特征荧光线。在顶部切换辐射类型会重新计算所有内容，因此可以将同一晶体跨衍射与光谱技术进行比较。
入射束在窗口顶部的横栏中选择；其下方的四个选项卡 — 衍射、衰减 & 输运、散射因子 和 荧光 — 显示相互作用的不同方面。下面每个选项卡小节都展示该选项卡在 X-ray / Electron / Neutron 各射束下的情形（请使用每幅图中的选项卡）；其内容随射束而显著变化。
固体物理背景（附录 A2）
这四个选项卡背后的散射与固体物理 — 原子散射因子、结构因子、射束的衰减与输运以及荧光 — 在 附录 A2. 射束相互作用（固体物理背景） 中进行了说明。
X 射线数据与捆绑的 xraylib 库
许多 X 射线量（反常色散 \(f'/f''\)、\(F(q)+S(q)\) 散射分解、质量衰减的 光电 / Rayleigh / Compton 分解、吸收边跳跃以及荧光产额）是用捆绑的 xraylib 库计算的。如果 xraylib 不可用，ReciPro 会回退到其内部表（仅光电吸收衰减、仅特征线能量），受影响的单元格显示 N/A。每个表的 source 行说明使用了哪个数据集。
键盘与鼠标快捷键¶
此窗口没有特殊的组合键。F1 打开本手册页。在 散射因子 选项卡上，可以 拖动 垂直光标线以读出该位置处每个元素的散射因子，并且每个选项卡都有一个 Copy 按钮，可将其表格导出为可粘贴到电子表格的文本。
→ 请参阅 21. 键盘与鼠标快捷键 以一览所有窗口。
射束与波长¶
顶部横栏是与其他模拟器共享的 Wave Length Control。
- X-ray / Electron / Neutron : 原子散射因子与相互作用物理因入射束类型而异，因此在此切换。
- 对于 X-ray，选择 Element（阳极材料）和特征线（Kα 等）会自动设定该特征 X 射线的波长。
- Energy (keV) 与 Wavelength (Å) 相互关联；设定其一会更新另一个，二者都决定 衍射 表中使用的 2θ。
- Unit (Å / nm) 切换用于面间距及类似量的长度单位。
所选射束还决定哪些选项卡和曲线有意义：
| 射束 | 衍射 | 衰减 & 输运 | 散射因子 | 荧光 |
|---|---|---|---|---|
| X-ray | 含反常色散的结构因子 | µ/ρ、µ、透射 + 吸收边（随能量） | \(f(s)\) 或 \(F(q)+S(q)\) | 特征线 + EDX 谱线棒 |
| Electron | 电子结构因子 | σ、MFP、|dE/ds|、IMFP、射程（随能量） | Peng / Kirkland / 8-Gaussians | —（隐藏） |
| Neutron | 核结构因子 | 散射长度与截面（无能量曲线） | 散射长度（无 s 依赖） | —（隐藏） |
荧光 选项卡仅适用于 X 射线，在电子和中子射束下会消失。对于中子，衰减 & 输运 和 散射因子 中随能量变化的图被元素表所取代，因为核散射长度不依赖于散射角或能量。
衍射 选项卡¶
列出晶体允许的晶面（反射）以及每个反射的 结构因子 和衍射强度。对于 X 射线，结构因子现在包含当前能量下的 反常色散 项 \(f'/f''\)，因此在吸收边附近 F_inv（虚部）通常不为零。每种射束的布局相同；只有结构因子值和每个反射的 2θ 会变化。
Options
- Powder Diffraction Intensities (Bragg-Brentano Optics) : 将相对强度计算为粉末衍射（Bragg–Brentano）强度，包含多重度和 Lorentz–偏振因子。关闭时显示结构因子强度。启用它还会强制开启 Hide equivalent planes 和 Hide prohibited planes。
- Hide equivalent planes : 将晶体学等价的晶面合并为单一条目。
- Hide prohibited planes : 排除其强度因消光规则为零的晶面。
- d-Spacing Cutoff > : 排除面间距小于此值的反射（长度单位遵循 Unit 的选择）。
每一行是一个反射（或一组对称等价晶面）：
| 列 | 含义 |
|---|---|
| h, k, l | 米勒指数 |
| Multi. | 多重度（对称等价晶面的数量） |
| d (Å) | 面间距 |
| q (2π/d) | 散射矢量的大小 |
| 2θ (°) | 所选波长的衍射角 |
| F_real | 结构因子的实部 |
| F_inv | 结构因子的虚部（在 X 射线反常色散下不为零） |
| |F| | 结构因子振幅（\(= \sqrt{F_\text{real}^2 + F_\text{inv}^2}\)） |
| F^2 | 结构因子强度（\(\lvert F\rvert^2\)） |
| Rel. Int. (%) | 相对强度，以最强反射设为 100 |
衍射峰图。 表格下方将相同的反射绘制为谱线棒图，最强的峰以其 hkl 标注。
- 横轴选择器在 2θ（散射角，单位为度）、d（晶面间距）和 Q（\(= 4\pi\sin\theta/\lambda\)，散射矢量 / 动量转移）之间选择。这三个选项描述相同的反射；只有横向标度改变。
- Log I 在线性与对数之间切换强度轴。衍射强度跨越多个数量级，因此对数标度会拉伸底部，以揭示线性标度下被压平在基线上的弱峰。
- Range 框设定所绘制的横向范围和强度范围。
衰减 & 输运 选项卡¶
射束穿透材料的深度以及它如何损失能量。内容取决于射束。
X-ray¶
单选按钮选择相对于光子能量（1–60 keV，对数轴）所绘制的系数：
- µ/ρ — 质量 衰减系数（cm²/g）：材料每克对 X 射线的去除强度，与堆积密度无关（这是参考表中给出的值）。图中显示 total 以及其 photo、Rayleigh 和 Compton 分量。
- µ — 线 衰减系数 \(\mu = (\mu/\rho)\cdot\rho\)（cm⁻¹）：实际密度下材料每厘米的衰减。透射强度遵循 \(I = I_0\,e^{-\mu t}\)，而 \(1/\mu\) 是强度降至约 37 %（1/e）的距离。
- T % — 以百分比表示的 透射 \(T = e^{-\mu t}\)，对应于 Thickness t 框（µm）中设定的样品厚度 t。100 % = 透明，0 % = 完全阻挡；用它来判断在当前能量下合理的样品厚度。
垂直线标记当前能量和每个元素的 吸收边。左侧的标量表在当前能量下列出：µ/ρ (total)、µ (linear)、Attenuation length（\(1/\mu\)）、HVL（半值层，\(\ln 2/\mu\)）、厚度 t 下的 Transmission、µ_en/ρ（质量能量吸收系数）、X 射线折射率减量 δ 和 β（\(n = 1-\delta+i\beta\)）、全外反射的 θc (critical) 角，以及实部 X-ray SLD（散射长度密度）。下方的表列出每个元素的 K 和 L3 吸收 edge 能量及其 Jump 比。
Electron¶
量选择器选择相对于射束能量（1–30 keV）所绘制的内容：
- All (normalized) — 叠加下面三条曲线，每条都按其自身最大值重新缩放，以便在一张图上比较形状（绝对值从表中读取）。
- σ elastic (nm²) — 弹性散射截面：单个原子使电子偏转的可能性。
- Elastic MFP (nm) — 平均自由程：电子在两次弹性散射事件之间所走的平均距离。
- |dE/ds| (keV/nm) — 阻止本领的大小：电子每走一纳米损失的能量。
- IMFP (nm) — 非弹性平均自由程：损失能量的碰撞之间的平均距离。
- Range CSDA (µm) — 电子停下来之前所走的总路径长度。
标量表列出电子 wavelength、σ elastic、Elastic MFP、|dE/ds|、IMFP、Plasma E 和平均激发能 J、两个电子 range（Kanaya–Okayama 穿透深度估计和 CSDA 积分路径长度），以及平均 Z, A。逐元素表给出每个元素的原子分数和弹性截面 σ。弹性截面使用 NIST Mott 数据（50 eV–36 keV），在 36 keV 以上回退到 screened Rutherford。
Neutron¶
中子相互作用由核截面而非随能量变化的曲线决定，因此此选项卡仅显示表格。标量表列出平均相干散射长度 b̄、Coherent SLD、平均后的 相干 / 非相干 / 吸收 / 总 截面（σ̄_coh、σ̄_incoh、σ̄_abs、σ̄_total）、宏观总截面 Σ_total 及相应的 attenuation length。吸收截面在当前波长下用 1/v 定律计算；此定律不成立的核素（Cd、Sm、Eu、Gd 共振吸收体）会被标记。逐元素表列出 b_coh、σ_coh 和原子分数。
散射因子 选项卡¶
每种组成元素的原子散射因子，相对于 \(s = \sin\theta/\lambda\)（Å⁻¹）绘制。每个元素以其自身的颜色绘制，可以拖动 垂直光标线 将该位置处每个元素的散射因子读入左侧的表中。
- X-ray 提供两种 Model 模式：f(s) 绘制常规的 X 射线原子散射因子（以电子为单位）；F(q)+S(q) 绘制 Rayleigh 相干 形状因子 \(F(q)\) 以及 Compton 非相干 散射函数 \(S(q)\)（来自 xraylib）。该表还列出当前能量下的反常色散项 f'(E) 和 f''(E)。
- Electron 提供电子散射因子的三种参数化：Peng、Kirkland 和 8-Gaussians。表中显示 \(f_e(s)\)（nm）以及产生它的 model。
- Neutron 散射长度不依赖于 \(s\)，因此不绘制曲线；表中列出每个元素的相干散射长度 b_coh 及其相干 / 非相干截面。
- Debye-Waller 使用每个原子的各向同性位移参数，将每个因子乘以热阻尼 \(e^{-B s^2}\)。
荧光 选项卡¶
对于 X 射线束，显示样品的特征 荧光 发射。（此选项卡在电子和中子射束下隐藏。）
EDX emission lines 图将每个元素的特征线（Kα1、Kα2、Kβ1、Lα1、Lα2、Lβ1）绘制为位于其光子能量处的谱线棒，高度正比于 原子分数 × 辐射率 × 荧光产额（一种定性的 EDX 风格预览；未对激发截面和探测器效率建模）。下方的表逐线列出元素、线名、能量 E keV、相对强度 Rel.I 以及荧光产额 ω。标量表报告每个元素的 K 壳层产额 ω_K 以及谱中的 strongest line。
复制到剪贴板¶
每个选项卡都有一个 Copy 按钮，将其表格作为文本复制到剪贴板，可粘贴到诸如 Excel 之类的电子表格中。
另请参阅¶
- 晶体数据库 — 定义要计算其相互作用的晶体。
- 衍射模拟器 — 使用结构因子模拟衍射图样。
- 附录 A2. 射束相互作用（固体物理背景） — 每个选项卡背后的散射与固体物理。