項(xiàng)目簡介：   本項(xiàng)目屬于經(jīng)典的晶體學(xué)范疇。

它的科學(xué)價(jià)值在于：

1. 在世界上首次系統(tǒng)的、精確的、物理意義清晰的解出了達(dá)爾文于1922年提出的、描述X射線和中子在單晶體內(nèi)傳輸過程的"達(dá)爾文方程"。它的破解引起了一系列的創(chuàng)新。

2. 首次在理論上解決了單晶的中子和X射線衍射結(jié)構(gòu)分析中的消光問題。衍射結(jié)構(gòu)分析是測定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，而單晶衍射結(jié)構(gòu)分析過程中"消光因子"的無法確定一直是這一技術(shù)的未解難題。本工作首次推導(dǎo)出平板晶體消光因子的精確表達(dá)式，首次用它對國外的LiF單晶作了92個(gè)峰全峰分析，崎離因子只有1.4%，證明了平板單晶消光問題的解決。

3. 首次編制了應(yīng)用潛力很大的柱形晶體積分反射率和消光因子表：球形單晶樣品是實(shí)驗(yàn)中最常用的樣品形式，它的消光因子可以從柱晶算出。作者通過達(dá)爾文方程的數(shù)字解首次建成了五個(gè)精度為0.02%的柱晶消光因子表，為最終建成球晶的消光因子標(biāo)準(zhǔn)總表打下了基礎(chǔ)。

4. 首次定量的判明柱晶的衍射幾何，包括指出Becker和Coppens(以后稱為BC)(1974)等權(quán)威的錯(cuò)誤和BC作的并被沿用至今的消光理論的的局限性的根源，克服了這一缺陷。

5. "晶體單色器"是所有中子和X光衍射儀的關(guān)鍵部件。創(chuàng)立了國際上唯一的計(jì)算彎晶和梯度晶衍射強(qiáng)度的"層狀耦合模型"理論（現(xiàn)被國際上通稱為"達(dá)爾文方程的離散形式"）。其原理是使用在平晶消光中得到的理論來選擇最佳單色器厚度,對彎晶或梯度晶則利用不同深度曲率或晶格常數(shù)的變化減少消光提高出射束強(qiáng)度從而增大單色器效能，目前層狀耦合模型已被國際作為單色器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方法編入McStas軟件包廣泛采用，產(chǎn)品已投入運(yùn)行。

6. 由于以上成就，創(chuàng)建人受邀以作者的身份改寫了世界權(quán)威著作"國際晶體學(xué)表C卷2004版"中的有關(guān)章節(jié)，成為將個(gè)人創(chuàng)新成果列入這本晶體學(xué)界最高權(quán)威著作的第一個(gè)中國人。

7. 共列出代表性論文和專著9篇,國外SCI它引數(shù)為11 ,SCI平均國外它引數(shù)1.2。本工作引文較少，原因是多方面的，將在"詳細(xì)內(nèi)容"后面加以說明。

主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)：

1. 在引入反應(yīng)堆物理的一些概念、自創(chuàng)了 xi = 吸收與衍射截面的比值作為參變量，首次系統(tǒng)的、全面的、物理意義清晰的解開了由達(dá)爾文于1922年提出的、描述中子與X 射線在非理想單晶中輸運(yùn)過程的"達(dá)爾文方程"，得到了精確表達(dá)輻射束在晶體中反射、透射等的多個(gè)表達(dá)式，為開辟這一領(lǐng)域打開了大門。(晶體物理學(xué)。HU4,5 )

2. 相應(yīng)的創(chuàng)建了平板晶體的功率傳輸方程組并求出了它的普遍解, 得到了平板晶體消光的精確表達(dá)式。

為驗(yàn)證這些公式，取國外LiF的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，第一次把所有的、包括消光高達(dá)80%以上的92個(gè)衍射峰數(shù)據(jù)全部采用，經(jīng)消光因子修正后統(tǒng)一分析，最后達(dá)到了1.37%的擬合精度。證明了平板消光問題的解決。此外，本工作還分別導(dǎo)出了對單色器設(shè)計(jì)至關(guān)重要的、Bragg和Laue幾何下輻射束可穿透晶體的最大約化深度和最佳約化厚度；指出了權(quán)威的Bacon和Lowde（1948）理論中的錯(cuò)誤。首次導(dǎo)出非對稱衍射下的積分反射功率比,并證明了國際晶體學(xué)表此前所列出的公式,只是普遍解在極強(qiáng)吸收的情況下的極限解。并在2004年國際晶體學(xué)表C卷上作了更新。( X射線晶體學(xué)、晶體物理學(xué)、晶體結(jié)構(gòu)學(xué)。HU4,5,8 )

3. 平板晶不是在實(shí)際應(yīng)用中使用的樣品形狀。為了向應(yīng)用層面靠近，對實(shí)驗(yàn)中最常用的球形晶的基礎(chǔ)柱形晶首次通過達(dá)爾文方程組的數(shù)字解得出了衍射束強(qiáng)度分布、消光因子等，目前已作出了五個(gè)高精度的柱晶消光因子表，為最終建成球晶消光因子總表打下了基礎(chǔ)。(晶體物理學(xué)。HU7 )

4. 由于缺乏理論，過去對柱晶衍射的探討常基于猜測。本工作首次定量的算出了柱晶四個(gè)不同衍射區(qū)的出射束的強(qiáng)度及其對總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)，從而首次發(fā)現(xiàn)了其中Bragg-Bragg區(qū)分量的重要性，也解決了1974年以來通用的 BC 基于分離變量的近似消光理論之所以僅能用于直徑100微米以下樣品，原因在于忽略了B-B區(qū),所造成的后果是消光因子可與本工作有成倍的差別(見詳細(xì)內(nèi)容中的圖7)。而本工作給出的消光因子則適用于任意大小樣品。在此基礎(chǔ)上也論證了平板與柱晶的積分反射功率比和消光因子的主要不同。并證明隨著吸收柱晶樣品尺寸的增大,其消光因子逐漸趨近無窮厚平板Bragg幾何下的消光因子。(晶體物理學(xué)。HU6,9 )

5. "晶體單色器"是所有中子和X光衍射儀上的關(guān)鍵部件。本工作創(chuàng)立了適用于單色器設(shè)計(jì)的、用以計(jì)算各種非理想畸變晶、梯度晶衍射強(qiáng)度的"層耦合模型"，從而可以從理論上計(jì)算單色器的性能，選取最佳方案。目前它是國際上唯一的理論，已被泛稱為"達(dá)爾文方程的離散形式"編入通用的Mc Stas計(jì)算軟件包供全世界同行采用。根據(jù)它設(shè)計(jì)出的單色器已在歐洲最大的ILL中子散射中心投入運(yùn)行。此外，此方法也可通過理論和實(shí)測對比來判斷晶體內(nèi)裂紋的位置、取向等。(晶體物理學(xué)。HU1,2 )

6. 基于以上的首創(chuàng)成果，晶體學(xué)界最權(quán)威的"國際晶體學(xué)表"總編輯特函邀請作者將這些最新成果寫進(jìn)該書C卷的2004年新版，這是國際晶體學(xué)界對本工作的創(chuàng)新和前沿性的最權(quán)威的認(rèn)可。(晶體物理學(xué)。HU8 )

主要完成人：

1.   胡華琛

本項(xiàng)目的開創(chuàng)者。創(chuàng)造物理參數(shù)、模型，全部理論公式的推導(dǎo)，絕大多數(shù)計(jì)算程序的編制和計(jì)算，物理機(jī)制的分析。（所有代表性論文的第一作者）

對應(yīng)于主要發(fā)現(xiàn)點(diǎn)1-6，本人貢獻(xiàn)：

1和2：達(dá)爾文方程的推導(dǎo)得透射和吸收等的多個(gè)表達(dá)式，計(jì)算并驗(yàn)證國外LiF的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。貢獻(xiàn)90％。

3和4：編寫程序進(jìn)行柱晶及球晶消光因子等數(shù)字計(jì)算。貢獻(xiàn)90％。

5：創(chuàng)造"層耦合模型"，編寫程序與國外實(shí)驗(yàn)對比。貢獻(xiàn)100％。

6：改寫國際晶體學(xué)表。貢獻(xiàn)100％。

本人在該項(xiàng)研究工作中的工作量占本人工作量的100％。

10篇代表性論文：

1.   A layer coupling model for neutron reflectivity and transmissivity calculation in deformed mosaic crystal/ J. Appl.Cryst, V.25,P.731-736.

2.   Neutron diffraction in flat and bent mosaic crystal for asymmetric geometry./ J.Appl.cryst. V26, P.251-257.

3.   Neutron diffraction in plane and bent mosaic monochromators/ Nucl. Instruments and Methods, A.335, P.239-242.

4.   A universal treatment of X-ray and neutron diffraction in Crystals. I.theory /Acta Cryst. A53, P.484-492.

5.   A universal treatment of X-ray and neutron diffraction in Crystals.Ⅱ.extinction / Acta Cryst.A 53, P.493-504.

6.   Shen Cai-Wan, Li Zhao-Huan, Qiao Ying, Yang Bin. Secondary extinction in cylindrical and spherical crystals for X-ray and neutron diffraction / Chin. Phys. Lett., V.18, No.1. P.74. (2001)

7.   Secondary extinction and diffraction behaviors in cylindrical crystals for X-ray and neutron diffraction. /Acta Cryst.A 59, P. 297-310.

8.   International Tables for Crystallography, Vol. C, pp. 596-598 / Dordrecht/Boston/London: Kluwer. (專著)

9.   Precise analysis of the components of diffraction by cylindrical crystals/ Acta Cryst.A 60. P.562-564.