中国先进研究堆中子散射大科学装置

作为与X射线相辅相成的表征手段,借助中子独一无二优异特性的中子散射技术已被广泛应用在材料和物质的微观结构和动态研究之中.中子散射大科学装置为众多学科及前沿交叉领域提供了先进的研究手段,已经成为基础科学研究和工业无损分析的重要平台.本文概述了中子探针的优异特性和国外主要中子散射大科学装置的发展现状,着重介绍了中国先进研究堆(China Advancd Research Reactor)中子散射大科学装置的建设进展,以及它们在不同领域的主要应用.在中国先进研究堆中子散射一期工程建设过程中,中国原子能科学研究院通过与北京大学、中国科学院物理研究所、中国科学院化学研究所、德国于力希研究所等合作,共建造了10台设备,包括:高分辨中子粉末衍射谱仪、高强度中子粉末衍射谱仪、中子残余应力谱仪、中子四圆谱仪、中子织构谱仪、热中子三轴谱仪I、热中子三轴谱仪II、小角中子散射谱仪、中子反射谱仪、快速中子照相测试平台等.到目前为止,中国先进研究堆已运行200多个小时专门用于调试和优化这些中子散射谱仪,我们已经获得一些非常好的实验结果.作为国际上通量最高的反应堆中子源之一,中国先进研究堆将为我国中子散射的发展和应用提供重要保障.     

Mn(NO3)2·6H2O水溶液结构的X射线衍射研究

X射线衍射和中子衍射法被广泛地用来研究电解质水溶液结构,提供离子-离子、离子- 水、水-水相互作用信息.尽管这方面工作已经涉及到某些极端条件,诸如过冷和超临界条件下结构研究,但大多数局限在单原子离子水溶液.Caminiti及其合作者报道了21℃Mn(NO_3)_2·10H_2O溶液的X射线衍射和Raman光谱研究,由相互作用模型Mn(H_2O)_(6-x)(ONO_2)_X获得了与实验一致的结果.Mn-O距离被测定为0.219nm,水分子配位数为5.4,x为0.6.本     

原子的秘密

<正>德国科学家马克斯·冯·劳厄因发现晶体中X射线的衍射现象而获得1914年诺贝尔物理学奖。正是这种现象的发现促成了X射线晶体学的诞生。从那以后,研究者们就开始用衍射法来研究日益复杂的晶体结构,研究范围囊括了简单的矿物质、高科技材料如石墨烯和包括病毒的生物结构。随着科技的进步,探索的步伐也加快了:每年都会形成成千上万的新结构的影像。蛋白质晶体影像的分辨率在1990年突破了分辨单个原子的临界点,新的X射线源为捕捉极具挑战性的蛋白质影像创造了条件,这些蛋白质几乎不可能成长为大型晶体     

苯基三卤甲基汞与四苯基环戊二烯酮的反应特征及脱氧产物的晶体结构

研究了苯基三卤甲基汞与四苯基环戊二烯酮(TPCP)脱氧反应的特征及其产物——偕二卤环戊二烯的晶体结构. X射线单晶衍射分析表明, 二卤化物晶体的结构参数会随着卤原子半径的不同而有所变化. 同时还发现脱氧反应产物的产率也与卤原子的半径有关. 这些结果印证了此前曾提出的这类卡宾反应的机理, 即中间体羰基叶立德对反应不同竞争途径的选择主要取决于该中间体的特定结构.     

纳米粉体水热制备机理的原位研究

水热合成法在制备纳米粉体材料方面具有许多独特的优势,但是由于反应在密闭容器中进行,很难研究清楚反应机理和动力学过程。利用原位检测技术,我们能够实时在线地监测反应过程,获得反应前驱体、相转变以及短寿命中间相的信息,更好地理解成核、结晶生长等动力学过程,进而为材料的可控制备提供依据。根据近年来国内外研究进展,本文全面介绍了基于同步辐射光源的能量色散分辨X射线衍射(EDXRD)、角度分辨X射线衍射(ADXRD)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)、小角X射线散射(SAXS)、中子粉末衍射及小角散射(NPD和SANS)以及基于各种光谱(UV-Vis、Raman、FTIR)的原位检测技术和检测装置,以及纳米粉体水热制备机理的原位研究最新进展。     

C_(60)固体的hcp相和其立方相的取向相变

在一般分子固体中,除了研究分子所占据的空间位置以外,还要研究分子的取向,进而研究分子在晶体场中的形变或分子内部各原子的相互作用以及各个分子之间的相互作用.由于C_(60)分子是由20个六元环和12个五元环组成的一个具有Ih对称性的平截20面体,不是球对称,所以C_(60)分子在晶体中的取向也就成为十分重要的问题.X射线衍射已经证实不含溶剂     

X射线衍射的发现及其历史意义

正1912年弗里德里希、克尼平和劳厄成功观察到X射线透过硫酸铜晶体后的衍射斑点,X射线衍射的发现直接导致了两门新学科的诞生:X射线晶体学和X射线波谱学,也为人类认识物质结构开启了新视角。     

脊髓灰质炎病毒大小的X射线小角散射法测定

X射线小角散射是生物学研究中极有用的技术之一。它能研究溶液中生物样品的结构。脊髓灰质炎病毒(Poliovirus或简称为Polio病毒)的大小,从单晶衍射研究曾由模型估计为304。由冰冻干燥病毒粒子的电子显微镜图得到直径为273。但是在研究Polio-B病毒时,由于Polio-B病毒是聚集在一起的,用电子显微镜方法就难以确定它的大小。而X射线小角散射方法可解决这个困难。本工作用X射线小角散射方法直接测定了溶液状态的Polio-A及Polio-B的大小。它们分别为281和267。     

两块晶体的硬X射线衍射增强成像

硬X射线衍射增强成像(DEI)方法利用一块或一对放在样品和探测器之间的完美晶体(分析晶体), 把X射线(经过多块晶体单色化, 具有较高单色性和准直性)穿过样品时产生的透射光、折射光和散射光彼此分开来成像, 是一种和X射线相位变化梯度有关的成像方法, 能够大大提高弱吸收体硬X射线成像的衬度和空间分辨率. DEI成像的光路通常较为复杂, 入射光要经过多块晶体的衍射, 调节不便, 不利于实用化. 为了探索简化DEI方法的可行性, 在北京同步辐射装置(BSRF)仅用两块Si(111)单晶体(一块作同步辐射白光的单色器, 另一块作为Bragg模式的分析晶体)作了一系列DEI成像实验, 在摇摆曲线的十多个位置获得了衬度和分辨率均比吸收像明显提高的硬X射线衍射增强像, 并解释了分析晶体位于摇摆曲线不同位置时所得图像在明暗对比和成像衬度等方面的差别. 这是目前使用晶体最少的Bragg模式的DEI成像.     

能量145keVγ射线的小角度非相干散射测量

γ射线与原子的非相干散射是光和物质相互作用的基本过程之一。实验上测量非相干散射微分截面、相干散射与非相干散射微分截面比值R,以及非相干散射函数S,可用以检验原子结构的不同理论模型。 有很多测量给出γ射线非相干散射截面。但早期测量采用NaI(T1)晶体作探测器。由于NaI(T1)的能量分辨率差,对小角度散射,很难在散射谱中把相干散射峰和非相干散射     

大晶面间距X射线分光晶体——马来酸氢十八酯(OHM)

OHM是一种新的大晶面间距有机X射线分光晶体。在软X射线分析中用OHM代替皂膜假晶体STE或衍射光栅可以大大提高衍射效率和波长分辨率,它是一种软X射线理想的单色器。     

电化学C-V法研究磁性GaMnSb/GaSb单晶的载流子浓度纵向分布

采用电化学C-V方法和Tiron电解液研究了GaMnSb/GaSb单晶载流子浓度的纵向分布, 所得结果与Hall测量结果和X射线衍射分析结果一致. 研究结果表明GaMnSb单晶中的Mn原子替代了GaSb中部分Ga原子的位置, 并在GaSb中形成了浅受主能级.     

电化学C-V法研究磁性GaMnSb/GaSb单晶的载流子浓度纵向分布

采用电化学C-V方法和Tiron电解液研究了GaMnSb/GaSb单晶载流子浓度的纵向分布，所得结果与Hall测量结果和X射线衍射分析结果一致。研究结果表明GaMnSb单晶中的Mn原子替代了GaSb中部分Ga原子的位置，并在GaSb中形成了浅受主能级。     

苯基三卤甲基汞与四苯基环戊二烯酮的反应特征及脱氧产物的晶体结构

研究了苯基三卤甲基汞与四苯基环戊二烯酮（ＴＰＣＰ）脱氧反应的特征及其产物－－偕二卤环戊二烯的晶体结构。Ｘ射线单晶衍射分析表明，二卤化物晶体的结构参数会随着卤原子半径的不同而有所变化。同时还发现以应产物的产率也与卤原子的半径有关。这些结果印证了此前曾提出的这类卡宾反应的机理，即中间体羰基叶立德对反应不同竞争途径的选择主要取决于该中间体的特定结构。     

胰岛素B4(Gln)两种可能构象的计算判别

当前用于确定生物大分子结构的基本的可靠的方法是X射线晶体衍射,但它并不能肯定大分子的全部结构。例如对胰岛素B链的第4个残基谷氨酰胺和第22个残基精氨酸国外报道都有取两种构象的可能。我国X射线晶体衍射的结果认为B22确有这种可能性,而B4的第二种构象的电子密度很可能代表水分子。我们采用Levitt的经验势对此问题进行了探讨。     

中子衍射和生物结构测定

生物结构的测定,除化学方法外,物理技术也起着很大作用。众所周知,细胞和细菌的发现是由于光学显微镜的发明;近年来细胞细微结构的研究,倚助于电子显微镜的作用;生物大分子三维结构的测定,则是五十年代借助X射线衍射所取得的成就。然而,在电子显微镜和X射线衍射揭示生物结构的层次中,尚有空隙。例如对核糖体和染色质的结构,在电子显微镜镜里就显得太小,而对于X射线衍射来说又显得     

有机试剂对胰岛素晶体生长的影响

当前,用X射线单晶衍射方法研究生物大分子三维结构的重大难题之一是获得生物大分子晶体。生物大分子晶体生长的要害是寻找出可用于X射线衍射分析用的单晶体的最佳生长条件。在晶体生长条件的摸索中,选择有机试剂的种类和浓度一直是人们所关注的问题。 为了考查有机试剂对蛋白质晶体生长的影响,我们选择了不带电荷、对晶体生长体系     

探索中的五夸克粒子及其在原子核中的束缚态

多少世纪来，人们一直在为探索物质的基本组成而不懈努力着，从最原始的哲学意义上的“原子”到有一定科学依据的分子、原子，从质子和中子的发现到夸克和轻子的探测，等等。随着探索方法和实验手段的空前发展，随时都可能有惊人的新发现。例如，质子和中子再也不像以前人们认为的那样是不可分的点粒子，在高能电子与核子散射实验过程中，已明显地“看到”了核子的内部结构：组成它们的是夸克，由胶子传递的强相互作用把夸克“粘结”在一起。     

中国散裂中子源

中子散射是研究物质微观结构和动态过程的理想工具之一.散裂中子源能为中子散射提供高通量的脉冲中子。正在建设中的中国散裂中子源预计于2018年建成,为我国生命科学、材料科学、化学、物理学和工程等领域的物质微观结构研究提供强有力的手段。     

晶体衍射的背射赝考塞耳线模拟

用点光源产生的发散X射线研究单晶的方法称为发散束方法。如果点光源在晶体内部,特征发散光束来自晶体本身的激发,称为考塞耳方法;如果点光源在晶体外部,发散光束由特制的靶产生,则称为赝考塞耳方法(Pseudo-Kossel Method)。这是一种很有用的方法。晶体在发散X射线照射下产生的衍射线通常称为赝考塞耳线。由于入射光含有不同方向的射线,