нейтронография

НЕЙТРОНОГРАФИЯ (от нейтрон и греч. graphd — пишу, описываю)

совокупность методов исследования строения вещества, основанных на изучении рассеяния веществом 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 Н.); 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 Н.).

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 Н. 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. температурах (от 1 до > 1500 К) и давлениях, а также в магн. поле.

С т р у к т у р н а я Н. 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 Н. дает возможность надежнее и точнее определить координаты атомов Н. и др. легких элементов в присутствии тяжелых и различать атомы с близкими атомными номерами (напр., Fe, Co и Mn 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 Н. 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 кристаллографич. осей), величину магн. момента атома, температуру 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. свойства кристаллов. Некоторые 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 вещества 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 вещества, т. к. высокая проникающая способность нейтронов позволяет получить более полные сведения об анизотропии свойств 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 Н. (1946–48) принадлежат гл. обр. Э. Ферми; осн. принципы Н. 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}