«Методы исследования вещества с использованием рентгеновских лазеров на свободных электронах»
Описание курса:
Спецкурс посвящен описанию физики генерации излучения в лазерах на свободных электронах (ЛСЭ), обсуждению методов повышения стабильности характеристик генерируемого излучения и его когерентных свойств, методов исследования вещества, развитых на источниках ЛСЭ, а также способов доставки исследуемых образцов в пучок ЛСЭ. Спецкурс является частью специализации «Физика и методы синхротронных, нейтронных и лазерных исследований: оптика, спектроскопия, структурная диагностика вещества» физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Спецкурс способствует развитию у слушателей компетенций в области генерации излучения в ЛСЭ, описанию его свойств и методов его использования для изучения структуры вещества и диагностики его состояния с фемтосекундным временным разрешением.
План курса:
Тема 1. Введение. Основные понятия.
Лекция 1. История создания лазеров на свободных электронах. Синхротронное излучение. Поколения синхротронных источников, их характеристики. Ондуляторное излучение. Лазеры на свободных электронах в России и в мире. Характеристики ЛСЭ.
Тема 2. Лазер на свободных электронах: физика генерации, методы повышения когерентности.
Лекция 2. Режим самоусиления спонтанной эмиссии. Недостатки этого режима и способы его преодоления.
Лекция 3. Микробанчевание электронного пучка.
Лекция 4. Схема ЛСЭ с самозатравкой, с резонатором, с шиканами. Особенности экспериментальных схем и характеристики генерируемого излучения.
Лекция 5. Генерация в ЛСЭ гармоник высокого порядка с высоким коэффициентом усиления. Генерация гармоник с поддержкой эха.
Тема 3. Методы дифракции фемтосекундного излучения ЛСЭ.
Лекция 6. Описание кристаллической решетки. Сфера Эвальда. Определение кристаллической структуры по дифракционным данным.
Лекция 7. Проблема объединения различных дифракционных картин. Метод ЕМС.
Лекция 8. Валидация процесса восстановления кристаллической структуры. Примеры экспериментальной реализации методов дифракции на ЛСЭ.
Тема 4. Методы некогерентного упругого и неупругого рассеяния.
Лекция 9. Широкоугловое рентгеновское рассеяние с временным разрешением.
Лекция 10. Резонансное неупругое рентгеновское рассеяние.
Лекция 11. Примеры экспериментальной реализации методов некогерентного рассеяния на ЛСЭ.
Тема 5. Спектроскопические методы.
Лекция 12. Оже-электронная спектроскопия и масс-спектроскопия молекул, подвергнувшихся кулоновскому взрыву, с временным разрешением.
Лекция 13. Фотоэмиссионная рентгеновская спектроскопия с временным разрешением.
Лекция 14. Спектроскопия рентгеновского поглощения методы исследования тонкой структуры краев линий поглощения (NEXAFS и XANES).
Лекция 15. Примеры экспериментальной реализации спектроскопических методов на ЛСЭ.
Тема 6. Подготовка образцов.
Лекция 16. Особенности подготовки микрокристаллов, нанокристаллов, порошков, отдельных молекул для проведения экспериментов на ЛСЭ.
Тема 7. Доставка образцов в пучок излучения.
Лекция 17. Доставка образцов жидкостными струями. Акустические капельные инжекторы.
Лекция 18. Доставка образцов газовыми струями. Газодинамическое виртуальное сопло.
Лекция 19. Искусственные нейронные сети и клеточные автоматы. Правила обучения нейронных сетей. Эволюционные алгоритмы обучения. Машина Больцмана. Явление самоорганизации в нейронных сетях.
