Нейтронография

НЕЙТРОНОГРАФИЯ (от нейтрон и греч. graphd-пишу, описываю), совокупность методов исследования строения в-ва, основанных на изучении рассеяния в-вом в конденсир. состоянии тепловых нейтронов (энергия <0,5 эВ). Сведения об атомной и магн. структуре кристаллов получают из экспериментов по упругому рассеянию (дифракции) нейтронов (структурная и магнитная нейтронография); о коллективных тепловых колебаниях атомов (динамике решетки)-по неупругому рассеянию, когда нейтроны обмениваются энергией с изучаемым объектом (нейтронная спектроскопия; этот метод не всегда относят к нейтронографии).

Источником нейтронов служат гл. обр. ядерные реакторы. Полихроматич. пучки нейтронов подвергают монохрома-тизации с помощью кристалла-монохроматора. Нейтроно-графич. аппаратура размещается в непосредств. близости от реактора. Плотность монохроматич. потока нейтронов относительно невысока (по сравнению с потоком квантов из рентгеновской трубки), поэтому нейтронографич. приборы громоздки, а используемые образцы относительно большого размера (монокристаллы объемом > 1 мм³, поликристаллы > 1 см³). Интенсивность максимумов дифракц. картины измеряют с помощью дифрактометров, управляемых ЭВМ. Все шире в нейтронографии используют импульсные источники нейтронов. В этом случае интенсивности дифракц. максимумов устанавливают по времени пролета нейтронами определенного расстояния (от источника до детектора). Нейтронографич. исследования можно проводить при разл. т-рах (от 1 до > 1500 К) и давлениях, а также в магн. поле.

С т р у к т у р н а я нейтронография основана на дифракции нейтронов при их рассеянии атомными ядрами. Амплитуда рассеяния нейтронов (в отличие от рентгеновских лучей) не зависит систематически от атомного номера элемента. Поэтому по сравнению с рентгеновским структурным анализом структурная нейтронография дает возможность надежнее и точнее определить координаты атомов Н и др. легких элементов в присут. тяжелых и различать атомы с близкими атомными номерами (напр., Fe, Co и Мn в сплавах и хим. соед.) или даже изотопы одного элемента (чаще всего Н и D).

В м а г н и т н о й нейтронографии используют взаимод. магн. моментов нейтрона и атома. Это позволяет установить наличие и тип магн. структуры (т.е. упорядоченную ориентацию магн. моментов атомов относительно друг друга и кристаллогра-фич. осей), величину магн. момента атома, т-ру и характер магн. переходов, распределение спиновой электронной плотности в кристалле и т.д.

Методами н е й т р о н н о й с п е к т р о с к о п и и измеряют на поликристаллич. образцах спектр тепловых колебаний атомов (фононный спектр), а на монокристаллах с линейными размерами ок. 1см-т. наз. дисперсионные кривые, определяющие мн. физ. св-ва кристаллов. Нек-рые сведения можно получить также о диффузии атомов, об их подвижности и временах релаксации, влиянии примесей на матрицу и т. д., причем исследуют не только кристаллы, но и твердые аморфные в-ва и жидкости. Нейтронная спектроскопия, в отличие от оптической, позволяет проводить исследования при низких частотах (до 20 см^-1), причем в спектре проявляются все колебания (отсутствуют правила отбора).

Нейтронографич. методы все шире используют при исследовании текстуры в-ва, т.к. высокая проникающая способность нейтронов позволяет получить более полные сведения об анизотропии св-в образцов, чем рентгенография. Надмолекулярную структуру белков и полимерных материалов исследуют по малоугловому рассеянию нейтронов; при этом устанавливают момент инерции, форму и размеры частиц.

Первые работы в области нейтронографии (1946-48) принадлежат гл. обр. Э. Ферми; осн. принципы нейтронографии впервые изложили амер. ученые Э. Уоллан и К. Шалл в 1948.

Лит.: Нейтроны и твердое тело, т. 1-Нозик Ю.3., Озеров Р. П., Хенниг К., Структурная нейтронография, М., 1979; т. 2- Изюмов Ю. А., Найш В.Е., Озеров Р. П., Нейтронография магнетиков, М., 1981; т. 3-Изюмов Ю.А., Черноплеков Н. А., Нейтронная спектроскопия, М., 1983.

Р. П. Озеров.