Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Нейтронная оптика

Нейтронная оптика (далее Н) раздел нейтронной физики, изучающий ряд явлений, имеющих оптические аналогии и возникающих при взаимодействии нейтронных пучков с веществом или полями ( гравитационными). Эти явления характерны для медленных нейтронов. К ним следует отнести: преломление и отражение нейтронных пучков на границе двух сред, полное отражение нейтронного пучка от границы раздела (наблюдаемое при определенных условиях), дифракцию нейтронов на отдельных неоднородностях среды (рассеяние нейтронов на малые углы) и на периодических структурах (см. Дифракция частиц). Для некоторых веществ при отражении и преломлении возникает поляризация нейтронов, с которой (в первом приближении) можно сопоставить круговую поляризацию света. Неупругое рассеяние нейтронов в газах, жидкостях и твердых телах имеет аналогию с комбинационным рассеянием света.

  В ряде явлений Н преобладающее значение имеют волновые свойства нейтронов. Длина волны l нейтронов определяется массой нейтронов m = 1,67 10-24 г и их скоростью v:

  l = h/mv,     (1)

где h — Планка постоянная (см. Волны де Бройля). Средняя скорость тепловых нейтронов v = 2,2·105 см/сек, для них — длина волны l = 1,8·10-8 см, т. е. того же порядка, что и для рентгеновских лучей. Длины волн самых медленных нейтронов (ультрахолодных, см. ниже) такие же, как у ультрафиолетового и видимого света. Аналогию между пучками нейтронов и электромагнитными волнами подчеркивает и тот факт, что нейтроны так же, как и фотоны, не имеют электрического заряда. Вместе с тем природа нейтронных и электромагнитных волн различна. Фотоны взаимодействуют с электронной оболочкой тогда как нейтроны — в основном с ядрами. Нейтрон обладает массой покоя, что позволяет применять для нейтронных исследований методы, не свойственные оптике. Наличие у нейтрона момента обусловливает взаимодействие нейтронов с материалами и полями, отсутствующее для фотонов.

  Развитие Н началось в 40-х гг. (после появления ядерных реакторов). Э. Ферми ввел для описания взаимодействия нейтронов с конденсированными средами понятие показателя преломления n. При прохождении нейтронов через среду происходит их рассеяние ядрами. На языке волн это означает, что падающая нейтронная волна порождает вторичные волны, когерентное сложение которых определяет преломленные и отраженные волны. В результате взаимодействия нейтронов с ядрами изменяется скорость, а, следовательно, длина волны l1 нейтронов в среде по сравнению с длиной волны l в вакууме. В обычных условиях, когда поглощением нейтронов на пути порядка l1 можно пренебречь (так же как в оптике): n = l/l1. Из соотношения де Бройля следует, что n = l/l1 = v1/v.

  Если средний по объему среды потенциал взаимодействия нейтронов с ядрами, то при попадании в среду нейтрон должен совершить работу. Его начальная кинетическая энергия E = mv2/2 в среде уменьшается: E1 = E - . При > 0 скорость нейтронов в среде уменьшается v1 < v, l1 > l и n < 1. При < 0 скорость возрастает и n > 1. Если ввести для нейтронных волн величину, аналогичную диэлектрической проницаемости: e = n2, то: e = l2/l12 = v12/v2 = E1/E. Потенциал = h2/2pm, откуда:

  e = n2 = 1 — h2/pm2v2.     (2)

Здесь b — когерентная длина рассеяния нейтронов ядрами, a число ядер в единице объема среды. Для большинства веществ b > 0, и формуле (2) можно придать вид:



  Нейтроны со скоростью v < v0 имеют энергию E < , для них n2 < 0, т. е. показатель преломления мнимый. Такие нейтроны не могут преодолеть силы отталкивания среды и полностью отражаются от ее поверхности. Они получили название ультрахолодных нейтронов. Для металлов v0 ~ м/сек (например, для v0 = 5,7 м/сек).

  Скорость тепловых нейтронов в несколько сот раз больше, чем ультрахолодных, и n близко к 1 (1 — n " 10-5). При скользящем падении на поверхность плотного вещества пучок тепловых нейтронов также испытывает полное отражение, аналогичное полному внутреннему отражению света. Это имеет место при углах скольжения j £ jкр, т. е. при углах падения



Критический угол определяется из условия:



  Например, для меди jкр = 9,5". Можно показать, что условие полного отражения (4) эквивалентно требованию: vz £ v0, где vzкомпонента скорости нейтрона, нормальная к отражающей поверхности. Скорость холодных нейтронов в несколько раз меньше, чем тепловых, а угол jкр — соответственно больше.

  Полное отражение используется для транспортировки тепловых и холодных нейтронов с минимальными потерями от ядерного реактора к экспериментальным установкам (расстояния ~ 100 м). Это осуществляется с помощью зеркальных нейтроноводов — вакуумированных труб, внутренняя поверхность которых отражает нейтроны. Зеркальные нейтроноводы делают из меди или стекла (с напыленным металлом или без него).

  В действительности коэффициент отражения нейтронов всегда немного меньше единицы. Это связано с тем, что ядра не только рассеивают нейтроны, но и поглощают их. Учет поглощения приводит к уточнению формулы (3):



  Здесь s — эффективное поперечное сечение всех процессов, приводящих к ослаблению нейтронного пучка. Для холодных и ультрахолодных нейтронов существенна сумма сечений захвата и неупругого рассеяния, величина которых обратно пропорциональна скорости v. Поэтому произведение sv не зависит от v. Это означает, что e и n для нейтронов, как и в оптике, комплексные величины: e = e` + ie", n = n` + in". Для ультрахолодных нейтронов действительная часть e, т. е. e" < 0 и n" > n`. В случае света это характерно для металлов, и отражение ультрахолодных нейтронов от многих веществ аналогично отражению света от металлов с чрезвычайно высокой отражательной способностью (см. Металлооптика). Если b < 0, то в формуле (5) перед членом v02/v2 стоит знак + и e > 1 (возрастает с уменьшением v). Такие вещества отражают и преломляют очень медленные нейтроны, как диэлектрики свет.

  Формулу (2) легко обобщить на случай присутствия в среде поля, добавив к энергии взаимодействия нейтронов со средой энергию взаимодействия ± mВ, где m — момент нейтрона, В — индукция (знаки ± относятся к двум возможным ориентациям момента нейтрона относительно вектора В, т. е. к двум поляризациям нейтронного пучка):

  n2 = 1 - h2/pm2v2 ± 2m/mv2     (6)

  Выбором материала для отражающего зеркала, поля и угла скольжения можно добиться того, чтобы нейтроны одной из двух поляризаций испытывали полное отражение, а другой — нет. Подобное устройство используется для получения пучков поляризованных нейтронов и для определения степени их поляризации.

  На принципах Н основан ряд устройств, используемых как в экспериментальной технике, так и для решения практических задач: нейтронные зеркала, прямые и изогнутые нейтроноводы полного внутреннего отражения, нейтронные монохроматоры, зеркальные и поляризаторы и анализаторы нейтронов, устройства, позволяющие фокусировать нейтронные пучки, преломляющие призмы, нейтронный интерферометр и т.д. Дифракция нейтронов широко применяется для исследования субмикроскопических свойств вещества: структуры, колебаний кристаллической решетки, структуры и ее динамики (см. Нейтронография).

 

  Лит.: Э., Лекции по физике, пер. с англ., М., 1952; Юз Д., Н, пер. с англ., М., 1955; Гуревич И. И., Тарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергии, М., 1965; Франк И. М., Некоторые новые аспекты нейтронной оптики, "Природа", 1972, № 9. См. также лит. при ст. Нейтронография.

  Ю. М. Останевич, И. М. Франк.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 27.01.2021 06:14:59
05:53 Россиянка пожаловалась на ржавую воду из-под крана и отсудила сотни тысяч рублей
05:41 Россиян предупредили о риске зарубежных вакцин от коронавируса
05:28 YouTube запретил Трампу размещать видео на неопределенный срок
05:25 Россиянка прорвалась на Бали зимой и рассказала о небывалом снижении цен
05:04 Подозреваемый в нападении на полицейских во время митинга россиянин сдался
04:59 Ирландский сенатор обвинил Путина в пропаже местного дельфина
04:59 Женщина ожила на кладбище во время своих похорон
03:43 Врач объяснил снижение числа новых случаев коронавируса в России
02:03 У депутата Госдумы конфисковали бизнес на десятки миллиардов рублей
Больше новостей
СегодняРоссия «Бывает, что вакцины не срабатывают. Почему — мы не знаем»100 миллионов человек в мире заразились коронавирусом. Могут ли вакцины остановить пандемию?
СегодняСиловые структуры «На связь выходят только ночью»Заключенные прямо из тюрем обманывают миллионы россиян по телефону. Как устроен этот бизнес?
СегодняИз жизни «Как будто началась война»В американском городке решили построить утопию без налогов и законов. Все испортили дикие звери
03:10 Эксперт предупредил об опасности установленных в смартфонах камер
04:41 Российские нефтеперерабатывающие заводы остались без заказов
04:32 Ученые разработали новый метод лечения самого смертоносного рака
СегодняДом Только заберитеВ Испании распродают дома со скидками более 70 процентов. Стоит ли их покупать?
СегодняЭкономика Ай нано«Роснано» создавали для технологического прорыва. Почему его не случилось даже через 13 лет
04:26 Рэперша прошлась по улицам в наряде с оптической иллюзией и вызвала споры в сети
18:17, 26 января 2021 В Италии сочли Кокорина фантастическим игроком
03:53 Байден запретил сажать заключенных в частные тюрьмы
СегодняЦенности Руки прочьЛюбимая вещь европейских богачей вернулась в моду. 200 лет назад в России она была под запретом
26 января 2021Спорт «Это был ад»Во Франции тренер годами насиловал юных учениц и снимал их на видео. Почему этого никто не замечал?
03:14 Глава российского региона опубликовал мем с самим собой
18:14, 26 января 2021 Рассекречены Apple Watch с глюкометром
02:57 Страны Балтии потребовали от ЕС свои деньги
25 января 2021Интернет и СМИ «Учат весь мир свободе слова»Крупнейшие соцсети мира заставили Трампа замолчать. Чем это грозит обычным пользователям?
26 января 2021Наука и техника Владыки морейКто помогал русским и американцам победить флот Гитлера. Редкие снимки Второй мировой войны
02:14 Россиянам спрогнозировали медленное понижение температуры
02:11 Глава AstraZeneca признал срыв сроков поставок вакцины от коронавируса
01:26 54-летняя Сальма Хайек вновь поделилась фото в купальнике и восхитила фанатов
25 января 2021Из жизни «Мы на острове, тут все на виду»История россиянки из глубинки, которая влюбилась во Вьетнам, переехала туда и открыла свое дело
26 января 2021Мир «Отложим кризис на пять лет»США готовы продлить ракетный договор с Россией. Почему Байден решил пойти на уступки?
17:28, 26 января 2021 Ценам на нефть пообещали рост
02:04 Сотни незнакомцев организовали для умирающей женщины секретную свадьбу
01:10 Полиция заподозрила известного тиктокера в разгроме автомобиля ФСБ в Москве
26 января 2021Культура Герои на героинеЖили быстро, меняли мир и умирали молодыми: 15 великих историй эпохи джаза
26 января 2021Путешествия Благословенная земляСлоны, грязные электрички и Будда: что ждет российских туристов на Шри-Ланке
01:16 Байден собрался закупить по сотне миллионов доз вакцины у Pfizer и Moderna
01:10 «Арсенал» одержал волевую победу и вышел на восьмое место в АПЛ
01:07 «Манчестер Сити» выиграл седьмой матч подряд и вышел на первое место в АПЛ
25 января 2021Силовые структуры Война и амирВ Чечне уничтожили последнего главаря боевиков. Спецслужбы охотились за ним 10 лет
24 января 2021Путешествия Белая смертьСоль, женский труд и проституция. Чем живут селения на берегах самых крупных озер Африки?
01:03 Россиянин напал на полицейских с пилочкой для ногтей
00:53 Биолог объяснила распространение коронавируса людьми с антителами
00:53 В Словакии мужчина скончался после вакцинации Pfizer
24 января 2021Россия «Осколки остались в наших телах навсегда»Десять лет назад смертник атаковал Домодедово, погибли 37 человек. Выжившие все еще живут в страхе
25 января 202169-я параллель «Они создали там целый мир»Американец в 90-е годы добрался до Русского Севера. Что он там увидел?
00:40 Экономист предсказал обвал курса доллара
00:29 Раскрыт «Гром» ведомого Су-57
00:33 Спросу на газ предсказали рост
26 января 2021 Удивительные «Теслы»: от кабриолета до катафалкаВспоминаем самые экзотические проекты на базе электромобиля Tesla Model S
24 января 2021Наука и техника Неизбежная смертьЛысый убийца вернулся, чтобы завершить дело: обзор Hitman 3
23:26, 26 января 2021 Судебно-психиатрическую экспертизу сына Плющенко связали с уголовным делом
00:24 Страны G7 призвали освободить Навального
22:48, 26 января 2021 В Совфеде оценили возможности для диалога после разговора Путина и Байдена
25 января 2021Бывший СССР «Не мы лезем в их постель»Эстонцы долго боролись за легализацию гей-браков. Как им помешала коррупция чиновников?
23 января 2021Силовые структуры «Было страшно видеть ее взгляд»Убийство школьницы поставило в тупик милицию СССР. В нем подозревали Чикатило, а казнили невиновного
23:59, 26 января 2021 В Германии украли десять контейнеров с респираторами
22:37, 26 января 2021 ?Путин внес на ратификацию в Госдуму договор о продлении СНВ-3
23:38, 26 января 2021 Байден отшутился на вопрос о содержании его беседы с Путиным
24 января 2021Спорт Забойный реваншДастин Порье нокаутировал Конора Макгрегора. Но ирландец не собирается завершать карьеру
22:24, 26 января 2021 Байден и Путин поговорили о «проблемных вопросах» в двусторонних отношениях
23:32, 26 января 2021 Сенат США отложил рассмотрение импичмента Трампу
21:50, 26 января 2021 Стал известен новый главный тренер «Челси»
23:18, 26 января 2021 Сенаторы США принесли присягу на процессе по импичменту Трампу
21:18, 26 января 2021 Стало известно о продлении ракетного договора между Россией и США
22:47, 26 января 2021 Число заражений коронавирусом в мире достигло 100 миллионов
21:10, 26 января 2021 Невеста выбрала «платье мечты» как у своей родственницы и подставила ее
22:16, 26 января 2021 Совфед поддержит продление ракетного договора
21:06, 26 января 2021 Новым госсекретарем США стал Энтони Блинкен
21:55, 26 января 2021 Байден заявил Путину о намерении «твердо реагировать на пагубные действия» России
20:51, 26 января 2021 Российский программист из Кремниевой долины убил жену и дочь
21:54, 26 января 2021 Путин и Байден обсудили продление ракетного договора
20:50, 26 января 2021 Вытолкнувший молодую жену из окна российский полицейский получил 14 лет
21:44, 26 января 2021 Байден решил заняться санкциями США против «Северного потока-2»
20:37, 26 января 2021 Король Таиланда объявил второй королевой свою любовницу
21:29, 26 января 2021 Володин сделал выбор между Трампом и Байденом
20:22, 26 января 2021 Вирусное видео помогло блогерше спасти отца
21:21, 26 января 2021 Бывший футболист сборной Украины рассказал о самой лютой пьянке
20:15, 26 января 2021 В Петербурге раскрыли деятельность китайской триады
21:18, 26 января 2021 Раскрыто число переболевших COVID-19 депутатов
20:09, 26 января 2021 Страдающих ожирением россиян призвали вакцинироваться от коронавируса
21:04, 26 января 2021 По итогам несанкционированных акций возбуждено 20 уголовных дел
21:00, 26 января 2021 Samsung не поверила в Galaxy S21
20:00, 26 января 2021 Попытка российской биатлонистки сменить спортивное гражданство провалилась
19:47, 26 января 2021 Арестован первый напавший на полицейского на митинге в Москве 23 января
19:50, 26 января 2021 Посольство России отреагировало на нападение на россиян в Стамбуле