neutronografia

neutronografia

[łac. neutrum ‘nijakie’, gr. gráphō ‘piszę’],

jedna z trzech gł., oprócz krystalografii rentgenowskiej i elektronografii, dyfrakcyjnych metod badania materii.

Neutrony, wykorzystywane w metodach neutronograficznych, są wytwarzane w reaktorach jądr., w reakcji rozszczepienia jąder uranu 235 lub w akceleratorach w wyniku bombardowania tarcz, wykonanych z ciężkiego pierwiastka (najczęściej z wolframu), protonami rozpędzonymi do dużych prędkości. W badaniach dyfrakcyjnych najczęściej korzysta się z monochromatycznych wiązek promieniowania o długości fali zbliżonej do odległości międzyatomowych. Dlatego neutrony „schładza się” (termalizuje), aż do uzyskania stanu równowagi termicznej z otoczeniem, a następnie monochromatyzuje.

Do badania substancji metodami dyfrakcji neutronów stosuje się dyfraktometry i spektrometry krystal. (wykorzystujące ugięcie neutronów na monokrysztale) oraz spektrometry czasu przelotu. Dyfraktometr neutronów ma podobną budowę i działanie jak dyfraktometr rentgenowski. W spektrometrach czasu przelotu stosuje się wiązkę neutronów o ciągłym widmie energii, ale podzieloną na impulsy (za pomocą przerywacza lub dochodzącą ze źródła impulsowego). Neutrony, które uległy dyfrakcji na badanej próbce, segreguje się, określając ich energie (długości fali) na podstawie czasu przebiegu drogi od przerywacza do detektora.

N. daje lepsze wyniki niż metody dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego czy elektronów w przypadku badania materiałów, w których występują pierwiastki lekkie obok ciężkich (np. wodorków metali) albo pierwiastki o zbliżonych liczbach atomowych (np. stopów niklu z żelazem).

Unikatowym zastosowaniem n. jest badanie struktur materiałów magnet. (gł. antyferromagnetyków i ferrimagnetyków). W wyniku oddziaływania spinów neutronów z momentami magnet. atomów badanego kryształu na dyfraktogramach pojawiają się dodatkowe maksima wówczas, gdy te momenty są uporządkowane.

Metody neutronograficzne są również szeroko stosowane w badaniach struktur cieczy i materiałów polimerowych. Neutrony o bardzo małych energiach, tj. o dużych długościach fali, są wykorzystywane w badaniach z zastosowaniem rozpraszania małokątowego, w których uzyskuje się informacje o mikrostrukturalnych niejednorodnościach badanego materiału (porowatości, wielkościach wydzieleń czy wtrąceń). W procesie rozpraszania niesprężystego neutrony przekazują atomom ośr. stosunkowo dużą energię, co wykorzystuje się do badania dynamiki ruchu atomów w ciałach stałych i w cieczach. Dzięki tym badaniom poznano widma drgań sieci krystal., co przyczyniło się do rozwoju fizyki ciała stałego i postępu w poznawaniu właściwości kryształów półprzewodnikowych.