 | Было высказано предположение , что неупругое рассеяние нейтронов быть объединены в эту статью. ( Обсудить ) Предлагается с августа 2020 года. |
 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( ноябрь 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить это сообщение-шаблон ) |
| Наука с нейтронами |
|---|
 |
| Фонды |
| Рассеяние нейтронов |
| Другие приложения |
| Инфраструктура |
|
| Нейтронные объекты |
|
Рассеяние нейтронов , нерегулярное рассеяние свободных нейтронов веществом, может относиться либо к естественному физическому процессу, либо к искусственным экспериментальным методам, которые используют естественный процесс для исследования материалов. Естественное / физическое явление имеет первостепенное значение в ядерной технике и ядерных науках. Что касается экспериментальной техники, понимание и управление рассеянием нейтронов является фундаментальным для приложений, используемых в кристаллографии , физике , физической химии , биофизике и исследованиях материалов .
Рассеяние нейтронов практикуется на исследовательских реакторах и источниках нейтронов откола, которые обеспечивают нейтронное излучение различной интенсивности . Для анализа структур используются методы нейтронографии ( упругого рассеяния ); где неупругое рассеяние нейтронов используется для изучения колебаний атомов и других возбуждений .
Рассеяние быстрых нейтронов [ править ]
«Быстрые нейтроны» (см. Температуру нейтронов ) имеют кинетическую энергию выше 1 МэВ . Они могут рассеиваться конденсированным веществом - ядрами с кинетической энергией намного ниже 1 эВ - в качестве действительного экспериментального приближения упругого столкновения с покоящейся частицей. При каждом столкновении быстрый нейтрон передает значительную часть своей кинетической энергии рассеивающему ядру (конденсированному веществу), тем более, что ядро легче. И при каждом столкновении «быстрый» нейтрон замедляется, пока не достигнет теплового равновесия с материалом, в котором он рассеивается.
Замедлители нейтронов используются для производства тепловых нейтронов с кинетической энергией ниже 1 эВ (T <500K). [1] Тепловые нейтроны используются для поддержания цепной ядерной реакции в ядерном реакторе , а также в качестве исследовательского инструмента в экспериментах по рассеянию нейтронов и других приложениях нейтронной науки (см. Ниже). Остальная часть статьи посвящена рассеянию тепловых нейтронов.
Взаимодействие нейтрона с веществом [ править ]
Поскольку нейтроны электрически нейтральны, они проникают в материю более глубоко, чем электрически заряженные частицы сравнимой кинетической энергии, и, таким образом, ценны в качестве зондов объемных свойств.
Нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов и магнитными полями неспаренных электронов, вызывая явные эффекты интерференции и передачи энергии в экспериментах по рассеянию нейтронов. В отличие от рентгеновского фотона с аналогичной длиной волны, который взаимодействует с электронным облаком, окружающим ядро , нейтроны взаимодействуют в первую очередь с самим ядром, как описано псевдопотенциалом Ферми . Нейтронный рассеяния и поглощения сечения изменяться в широких пределах от изотопа к изотопу.
Рассеяние нейтронов может быть некогерентным или когерентным, также в зависимости от изотопа. Среди всех изотопов водород имеет самое высокое сечение рассеяния. Важные элементы, такие как углерод и кислород, хорошо видны при рассеянии нейтронов - это резко контрастирует с рассеянием рентгеновских лучей, где поперечные сечения систематически увеличиваются с атомным номером. Таким образом, нейтроны можно использовать для анализа материалов с низкими атомными номерами, включая белки и поверхностно-активные вещества. Это можно сделать на синхротронных источниках, но необходимы очень высокие интенсивности, которые могут вызвать изменение структуры. Ядро обеспечивает очень короткий диапазон, поскольку изотропный потенциал изменяется случайным образом от изотопа к изотопу, что позволяет настроить контраст (рассеяния) в соответствии с экспериментом.
В рассеянии почти всегда присутствуют как упругие, так и неупругие компоненты. Доля упругого рассеяния определяется фактором Дебая-Валлера или фактором Мессбауэра-Лэмба . В зависимости от исследовательского вопроса большинство измерений сосредоточено либо на упругом, либо на неупругом рассеянии.
Достижение точной скорости, т. Е. Точной энергии и длины волны де Бройля нейтронного пучка очень важно. Такие одноэнергетические пучки называются «монохроматическими», и монохроматичность достигается либо с помощью кристаллического монохроматора, либо с помощью спектрометра времени пролета (TOF) . В методе времени пролета нейтроны направляются через последовательность из двух вращающихся щелей, так что выбираются только нейтроны с определенной скоростью. Были разработаны источники отщепления, которые могут создавать быстрые импульсы нейтронов. Импульс содержит нейтроны с множеством разных скоростей или длин волн де Бройля, но впоследствии можно определить отдельные скорости рассеянных нейтронов. путем измерения времени пролета нейтронов между образцом и детектором нейтронов.
Магнитное рассеяние [ править ]
Нейтрон имеет нулевой чистый электрический заряд, но имеет значительный магнитный момент , хотя и всего около 0,1% от электрона . Тем не менее, он достаточно велик, чтобы рассеиваться от локальных магнитных полей внутри конденсированного вещества, обеспечивая слабо взаимодействующий и, следовательно, проникающий зонд упорядоченных магнитных структур и электронных спиновых флуктуаций. [2]
История [ править ]
Первые нейтронографические эксперименты были выполнены в 1930-х годах. [1] Однако только в 1945 году, с появлением ядерных реакторов, стали возможны высокие потоки нейтронов , что привело к возможности углубленных исследований структуры. Первые приборы для рассеяния нейтронов были установлены в пучковых трубах многоцелевых исследовательских реакторов. В 1960-х годах были построены реакторы с большим потоком, которые были оптимизированы для экспериментов с лучевыми трубками. Кульминацией разработки стал высокопоточный реактор Института Лауэ-Ланжевена.(эксплуатируется с 1972 г.), достигнув наивысшего на сегодняшний день потока нейтронов. Помимо нескольких источников с высоким потоком, в университетах и других исследовательских институтах имелось около двадцати реакторов со средним потоком. Начиная с 1980-х годов, многие из этих источников со средним потоком были остановлены, и исследования были сосредоточены на нескольких ведущих в мире источниках с высоким потоком.
Услуги [ править ]
Сегодня большинство экспериментов по рассеянию нейтронов проводится учеными-исследователями, которые запрашивают время пучка на нейтронных источниках через официальную процедуру предложения. Из-за низкой скорости счета, используемой в экспериментах по рассеянию нейтронов, для получения хороших данных обычно требуются относительно длительные периоды времени пучка (порядка нескольких дней). Предложения оцениваются на предмет осуществимости и научного интереса.
Методы [ править ]
- Нейтронная дифракция
- Малоугловое рассеяние нейтронов
- Спиновое эхо Малоугловое рассеяние нейтронов
- Нейтронная рефлектометрия
- Неупругое рассеяние нейтронов
- Трехосная спектрометрия нейтронов
- Времяпролетное рассеяние нейтронов
- Обратное рассеяние нейтронов
- Нейтронное спиновое эхо
См. Также [ править ]
- Нейтронный транспорт
- Нейтронный микроскоп LARMOR
- Борновское приближение
Ссылки [ править ]
- ^ a b Lüth, Харальд Ибах, Ганс (2009). Физика твердого тела: введение в принципы материаловедения (4-е широко обновленное и дополненное изд.). Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-93803-3.
- ^ Зализняк, Игорь А .; Ли, Сын-Хун (2004), Магнитное рассеяние нейтронов
Внешние ссылки [ править ]
- Бесплатное электронное обучение по рассеянию нейтронов, спонсируемое ЕС
- Рассеяние нейтронов - пример из практики
- Neutron Scattering - A Primer ( черно-белая версия, размещенная на LANL ) - вступительная статья, написанная Роджером Пинном ( Национальная лаборатория Лос-Аламоса )
- Подкаст Интервью с двумя учеными ILL о нейтронной науке / рассеянии в ILL
- Видео на YouTube, объясняющее деятельность Юлихского центра рассеяния нейтронов
- Neutronsources.org
- Наука и инновации с нейтронами в Европе в 2020 году (SINE2020)
