中子衍射
neutron diffraction
  
熱中子流被固體、液體或氣體中的原子散射引起的衍射現象,用於研究物質(金屬)的微觀結構。
中子衍射用於晶體結構的分析比 X射線衍射和電子衍射要晚,這是由於中子衍射要求使用從反應堆中得到的熱中子流。熱中子具有約0.025eV的動能。
中子衍射的特點
    與X射線衍射和電子衍射相似,布喇格公式也適用於中子衍射。但中子與物質中原子的相互作用有其特點:
①當X射線或電子流與物質相遇產生散射時,主要是以原子中的電子作為散射中心,因而散射本領隨物質的原子序數的增加而增加,並隨衍射角2ι的增加而降低。中子流不帶電,與物質相遇時,主要與原子核相互作用,產生各向同性的散射,且散射本領和物質的原子序數無一定的關係。
②中子的磁矩和原子磁矩(即電子和原子核的自旋磁矩和軌道磁矩的總和)有相互作用,其散射振幅隨原子磁矩的大小和取向而變化。
中子衍射的應用
    上述特點使中子衍射和 X射線和電子衍射能相互補充。在金屬研究中中子衍射的最主要的應用領域為下列三個方面:
1.含有重原子的化合物中輕原子的位置的測定 當某種化合物中含有原子序數很大的重元素(如鎢、金、鉛等)及原子序數小的輕元素(如氫、鋰、碳等)時,利用X射線或電子衍射測定其晶體結構比較困難,因為這時重元素的電子多,散射本領比輕元素的散射本領要高出許多,以致輕元素在晶胞中的位置很難確定。中子衍射可以成功地解決這一問題。例如,利用中子衍射,測定出鋯、鉿、釷等的氫化物中氫原子單個地處在四面體間隙中;還測定出碳原子在含錳的奧氏體中處於八面體間隙位置上。
2.原子序數相近的原子相對位置的確定 例如,Fe-Co合金在有序無序轉變時,其X射線衍射圖上應該出現超點陣線條;但由於這兩種元素的原子序數相近,它們對X射線及電子波的散射本領也很相近,使超點陣線條難以分辨。若採用中子衍射,超點陣線條就清晰得多。
3.鐵磁、反鐵磁和順磁物質的研究 根據磁散射的強度可以判定原子磁矩的數值,藉以測定磁的超結構。
中子衍射實驗方法 由准直管從反應堆中引出熱中子流,先用晶體反射使之單色化,再照射到幾毫米厚的試樣上,中子衍射的衍射線位置及強度可以利用蓋革(或正比)計數管進行測量、記錄。計數管中通常充以含大量10B的BF3氣體,以提高捕獲中子的效率。
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