Computer Simulation Tools for X-ray Analysis: Scattering and Diffraction Methods

این کتاب به کاربران می آموزد که چگونه یک کتابخانه از روتین ها برای شبیه سازی پراکندگی و پراش تقریباً هر نوع نمونه بسازند. هدف اصلی این کتاب شکستن سد عظیمی از مشکلاتی است که مبتدیان از بسیاری از رشته ها (مهندسی، فیزیک، شیمی، زیست شناسی، پزشکی، علم مواد و غیره) در استفاده از اشعه ایکس به عنوان ابزاری تحلیلی در تحقیقات خود با آن مواجه هستند. . علاوه بر مفاهیم اساسی، روتین های MatLab ارائه شده است که نحوه آزمایش و پیاده سازی مفاهیم را نشان می دهد. مشکل اصلی در تجزیه و تحلیل مواد توسط تکنیک های اشعه ایکس این است که به شدت به نرم افزار شبیه سازی وابسته است. این کتاب به کاربران یاد می دهد که چگونه یک کتابخانه از روتین ها برای شبیه سازی پراکندگی و پراش تقریباً هر نوع نمونه بسازند. این دانش دانشی را در اختیار دانش آموز جوان قرار می دهد که بیش از 20 سال طول می کشد تا با کار بر روی اشعه ایکس و تکیه بر کتاب های درسی موجود به دست آورد. بهره وری علمی در سرتاسر جهان با سرعتی سرسام آور در حال رشد است و نیازمند رویکردهای پویاتر و هم افزایی بین حوزه های مختلف دانش است. تسلط بر مبانی فیزیک اشعه ایکس به معنای فرصت کار در زمینه های بی نهایت، مطالعه سیستم هایی است که در آن درک سازمانی از ماده در مقیاس اتمی ضروری است. از زمان کشف تابش X، استفاده از آن به عنوان ابزار تحقیق همیشه تحت گسترش سریعی بوده است که توسط پیشرفت های ابزاری و منابع محاسباتی فراهم شده است. پیشرفت‌ها در زمینه‌های پزشکی و فناوری، به عنوان یکی از تیرهای اصلی، امکان تحلیل ساختاری ارائه شده توسط اشعه ایکس را دارد. یکی از مشکلات عمده ای که مبتدیان در استفاده از این ابزار فوق العاده با آن مواجه هستند، در تجزیه و تحلیل داده های تجربی نهفته است. تنها موارد کمی وجود دارد که امکان استخراج مستقیم اطلاعات ساختاری از آزمایشات وجود دارد. در بیشتر موارد، مدل‌های ساختاری و شبیه‌سازی فرآیندهای برهمکنش پرتو-ماده ضروری است. ظهور منابع پرتوهای شدید و توسعه سریع نانوتکنولوژی به طور مداوم چالش هایی را ایجاد می کند که به دنبال راه حل هایی فراتر از راه حل های ارائه شده توسط تکنیک های اشعه ایکس استاندارد هستند. آماده سازی محققان جدید برای این سناریوی تغییرات سریع و شدید به چیزی بیش از آموزش نظریه های پدیده های فیزیکی نیاز دارد. همچنین نیازمند آموزش نحوه اجرای آنها به شیوه ای ساده و کارآمد است. در این کتاب، مفاهیم اساسی در فیزیک پرتو ایکس کاربردی از طریق ابزارهای شبیه سازی کامپیوتری موجود نشان داده شده است. با استفاده از MatLab، بیش از هشتاد روال برای حل تمرین های پیشنهادی توسعه داده شده است که بیشتر آنها می توانند به طور مستقیم در تجزیه و تحلیل داده های تجربی استفاده شوند. بنابراین، علاوه بر فیزیک اشعه ایکس، این کتاب یک دوره برنامه نویسی عملی را به زبان مدرن سطح بالا با ابزارهای گرافیکی و ریاضی فراوان ارائه می دهد.

This book teaches the users on how to construct a library of routines to simulate scattering and diffraction by almost any kind of samples. The main goal of this book is to break down the huge barrier of difficulties faced by beginners from many fields (Engineering, Physics, Chemistry, Biology, Medicine, Material Science, etc.) in using X-rays as an analytical tool in their research. Besides fundamental concepts, MatLab routines are provided, showing how to test and implement the concepts. The major difficult in analysing materials by X-ray techniques is that it strongly depends on simulation software. This book teaches the users on how to construct a library of routines to simulate scattering and diffraction by almost any kind of samples. It provides to a young student the knowledge that would take more than 20 years to acquire by working on X-rays and relying on the available textbooks. The scientific productivity worldwide is growing at a breakneck pace, demanding ever more dynamic approaches and synergies between different fields of knowledge. To master the fundamentals of X-ray physics means the opportunity of working at an infiniteness of fields, studying systems where the organizational understanding of matter at the atomic scale is necessary. Since the discovery of X radiation, its usage as investigative tool has always been under fast expansion afforded by instrumental advances and computational resources. Developments in medical and technological fields have, as one of the master girders, the feasibility of structural analysis offered by X-rays. One of the major difficulties faced by beginners in using this fantastic tool lies in the analysis of experimental data. There are only few cases where it is possible to extract structural information directly from experiments. In most cases, structure models and simulation of radiation-matter interaction processes are essential. The advent of intense radiation sources and rapid development of nanotechnology constantly creates challenges that seek solutions beyond those offered by standard X-ray techniques. Preparing new researchers for this scenario of rapid and drastic changes requires more than just teaching theories of physical phenomena. It also requires teaching of how to implement them in a simple and efficient manner. In this book, fundamental concepts in applied X-ray physics are demonstrated through available computer simulation tools. Using MatLab, more than eighty routines are developed for solving the proposed exercises, most of which can be directly used in experimental data analysis. Therefore, besides X-ray physics, this book offers a practical programming course in modern high-level language, with plenty of graphic and mathematical tools.