Дифракция нейтронов

ДИФРАКЦИЯ НЕЙТРОНОВ, упругое рассеяние нейтронов, в котором определяющую роль играют волновые свойства нейтрона. Для дифракции нейтронов характерна немонотонная зависимость интенсивности рассеяния от переданного импульса. Качественное описание дифракции нейтронов, так же как и в случае других волновых полей, следует из Гюйгенса - Френеля принципа и в этом смысле аналогично описанию дифракции света, рентгеновских лучей, а также дифракции электронов и других частиц. Для точного количественного решения задачи о дифракции нейтронов на совокупности рассеивающих центров (объекте) необходимо решить уравнение Шрёдингера с заданным потенциалом взаимодействия.

Интенсивность рассеянного излучения в некоторой точке пространства зависит как от длины волны де Бройля λ нейтронов, так и от свойств рассеивающего объекта. Соответственно дифракция нейтронов применяется как для исследования или формирования пучков нейтронов, так и для изучения строения рассеивающего вещества. В области больших энергий нейтрона (Е ≈ 10 МэВ, λ ≈ 10^-14 м) дифракция нейтронов проявляется при рассеянии нейтронов на атомных ядрах. При малых энергиях  нейтрона (Е ≤ 1 эВ,  λ ≥ 3·10^-11 м) рассеяние этих так называемых медленных нейтронов на ядрах сферически симметрично, что связано с малостью размеров ядра (10^-14 м) по сравнению с длиной волны нейтрона. Дифракция медленных нейтронов наиболее ярко проявляется при рассеянии на кристаллах, которые для таких длин волн нейтрона представляют собой трёхмерную дифракционную решётку, и дифракция нейтронов наблюдается в виде максимумов интенсивности с резкой зависимостью от λ или от угла рассеяния.

Дифракция нейтронов как экспериментальный метод наиболее широко применяется для исследования атомной и магнитной структур конденсированных сред - кристаллов, жидкостей, многослойных структур (смотри Нейтронография). Для этого используются тепловые нейтроны с λ ≈ (1-10)·10^-10 м, которые взаимодействуют в основном с атомными ядрами и магнитными моментами электронных оболочек атомов. В этом состоит отличие дифракции нейтронов от дифракции рентгеновских лучей или дифракции электронов. Амплитуда магнитного рассеяния тепловых нейтронов зависит от величины и взаимной ориентации магнитных моментов атома и нейтрона и от вектора рассеяния. Дифракция нейтронов наиболее эффективна при изучении структур, состоящих из атомов с близкими или, наоборот, сильно различающимися атомными номерами. Дифракция тепловых нейтронов на кристаллах является наиболее надёжным методом, позволяющим определять их магнитную структуру, то есть абсолютную величину и направление магнитных моментов атомов, образующих кристалл.

Лит.: Гуревич И. И., Тарасов Л. В. Физика нейтронов низких энергий. М., 1965; Каули Дж. Физика дифракции. М., 1979.