дифракция нейтронов

ДИФРАКЦИЯ НЕЙТРОНОВ - явление рассеяния нейтронов, в к-ром определяющую роль играют волновые свойства нейтрона (см. Корпускулярно-волновой дуализм ).Длина волны и импульс р связаны соотношением де Бройля =hp. Матем. описание Д. н., так же как и в случае др. волновых полей, следует из принципа Гюйгенса - Френеля и, в этом смысле, аналогично описанию дифракции света, рентг. лучей, электронов и др. микрочастиц (см. Дифракция волн ).Согласно этому описанию, интенсивность рассеянного излучения в некрой точке пространства зависит как от , так и от свойств рассеивающего объекта. Соответственно, Д. н. применяется как для исследования или формирования нейтронных пучков (нейтронные монохроматоры, анализаторы), так и для исследований строения рассеивающего вещества.

Рис. 1. Угловое распределение нейтронов с энергией 14 МэВ, рассеянных на ядре Sn; - сечение рассеяния; - угол рассеяния.

Рис. 2. Дифракционный максимум интенсивности нейтронов, рассеянных на монокристалле CsHSeO₄, - третий порядок отражения от кристаллографической плоскости (100).

В области энергий нейтрона ~10^-7 эВ (~10^-12 см) Д. н. проявляется при рассеянии нейтронов на атомных ядрах (рис. 1). При ~10^-2 аВ (~10^-8 см) Д. н. применяется для исследования атомной и магнитной структуры конденсиров. сред (кристаллы, жидкости, макромолекулы). Для нейтронов с ~10^-8 см кристалл представляет собой трёхмерную дифракц. решётку и Д. н. проявляется в виде максимумов интенсивности с резкой зависимостью от и угла рассеяния (рис. 2). При 10^-7 см Д. н. реализована на краю непрозрачного экрана (рис. 3), щелях и др. классич. объектах дифракции с целью эксперим. проверки нек-рых положений квантовой механики.

Рис. 3. Интенсивность пучка нейтронов после прохождения мимо поглощающего экрана с резким краем . Одна единица по горизонтальной оси соответствует смещению приёмной щели (шириной 30 мкм) на расстояние 100 мкм.

Наиб. широко Д. н. применяется в нейтронографии. Отличия по сравнению с дифракцией рентгеновских лучей или с дифракцией электронов в том, что нейтроны в осн. взаимодействуют с атомными ядрами и магн. моментами электронных оболочек атомов. Сферич. волна, рассеянная отд. ядром [ ; r - радиус-вектор точки, k - волновой вектор], характеризуется амплитудой рассеяния b, не зависящей для медленных нейтронов от длины т. н. вектора рассеяния , что связано с малостью размеров ядра (~10^-12 см) по сравнению с (~10^-8 см).

Величина b нерегулярно зависит от атомного номера ядра Z, его массового числа А и взаимной ориентации спинов ядра и нейтрона. Так как Д. н. на кристаллах - результат суммирования амплитуд вторичных волн, рассеянных мн. ядрами, важную роль играет т. н. когерентная длина рассеяния , где усреднение идёт по спиновым и изотопным состояниям структурно-эквивалентных ядер (см. Нейтронография структурная; табл.).

В случае магн. взаимодействия амплитуда рассеяния отд. атома может быть вычислена, если известны электронные волновые ф-ции. Амплитуда магн. рассеяния зависит от величины и взаимной ориентации спина атома, спина нейтрона и . Это позволяет отделить магн. рассеяние от ядерного (см. Магнитная нейтронография). Действит. и мнимая части l_ког зависят от и даны при =10^-8 см.

Лит.: Гуревич И. И., Тарасов Л. В., Физика медленных нейтронов, M., 1965; Крауфорд Ф., Волны, пер. с англ., 3 изд., M., 1984; Каули Дж., Физика дифракции, пер. с англ., M., 1979; Sears V. F., AECL - 8480, Chalk River, Ontario, 1984.

A. M. Балагуров, Ю. M. Останевич.

   <<      Предметный указатель      >>