Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Нейтронография

Нейтронография (далее Н) (от нейтрон и ...графия), метод изучения строения молекул, и жидкостей с помощью рассеяния нейтронов. Сведения об и магнитной структуре получают из экспериментов по дифракции нейтронов (см. Дифракция частиц), о тепловых колебаниях в молекулах и - из экспериментов по рассеянию нейтронов, при котором нейтроны обмениваются энергией с изучаемым объектом (рассеяние в этом случае называется неупругим). Первые работы в области Н принадлежат в основном Э. Ферми (1946-48); главные принципы Н были впервые изложены в 1948 в обзоре американских ученых Э. Уоллана и К. Шалла.

  Нейтронографический эксперимент осуществляется на пучках нейтронов, выпускаемых из ядерных реакторов (предполагается использование для целей Н ускорителей электронов со специальными мишенями). На рис. 1, а приведена типичная установка для нейтронографических исследований. Нейтронографическая аппаратура (дифрактометры, нейтронные спектрометры разных типов и т.д.) размещается в непосредственной близости от реактора на пути нейтронных пучков. Плотность потока нейтронов в пучках самых мощных реакторов на несколько порядков меньше плотности потока квантов рентгеновской трубки, поэтому нейтронографическая аппаратура, нейтронографический эксперимент сложны; по этой же причине используемые в Н образцы существенно крупнее, чем в рентгенографии. Эксперименты могут проводиться в широком интервале температур (от 1 до 1500 К и выше), давлений, полей и др.

  На рис. 1, б приведена нейтронограмма поликристаллического образца 3 (зависимость интенсивности рассеяния нейтронов от угла рассеяния J). Нейтронограмма представляет собой совокупность максимумов когерентного ядерного или рассеяния (см. ниже) на фоне диффузного рассеяния.

  Успешное использование Н обусловлено удачным сочетанием свойств нейтрона как элементарной частицы. Современные источники нейтронов - ядерные реакторы - дают тепловые нейтроны широкого диапазона энергий с максимумом в области 0,06 эв. Соответствующая этой энергии де-бройлевская длина волны нейтронов (~ 1 ) соизмерима с величиной межатомных расстояний в молекулах и что делает возможным осуществление дифракции нейтронов в на этом основан метод структурной нейтронографии. Соизмеримость энергии тепловых нейтронов с энергией тепловых колебаний и молекулярных групп в и жидкостях обеспечивает оптимальное использование неупругого рассеяния нейтронов в нейтронной спектроскопии. Наличие у нейтрона момента, который может взаимодействовать с моментами в позволяет осуществить дифракцию нейтронов на что является основой нейтронографии.

  Структурная нейтронография - один из основных современных методов структурного анализа (вместе с рентгеновским структурным анализом и электронографией). Геометрическая теория дифракции всех трех излучений - рентгеновских лучей, электронов, нейтронов - одинакова, но физическая природа взаимодействия их с веществом различна, что определяет специфику и области применения каждого из методов. Рентгеновские лучи рассеиваются электронными оболочками нейтроны (через короткодействующие ядерные силы) - ядрами, электроны - электрическим потенциалом Вследствие этого структурная Н имеет ряд особенностей. Рассеивающая способность характеризуется амплитудой рассеяния f. Особый характер взаимодействия нейтронов с ядрами приводит к тому, что амплитуда рассеяния нейтронов fн (обычно ее обозначают буквой b) для различных элементов (в отличие от f рентгеновских лучей) несистематическим образом зависит от порядкового номера Z элемента в периодической системе. В частности, рассеивающие способности легких и тяжелых элементов оказываются одного порядка. Поэтому изучение структуры соединений легких элементов с тяжелыми является специфической областью структурной Н Прежде всего это относится к соединениям, содержащим легчайший элемент - Рентгенографически и электронографически в некоторых благоприятных случаях удается определить положение в его соединений с др. легкими (с Z £ 30). Нейтронографически определение положения не сложнее, чем большинства др. элементов, причем существенная методическая выгода достигается заменой в изучаемой молекуле на его изотоп - дейтерий. С помощью Н определена структура большого числа органических соединений, гидридов и уточнена структура различных модификаций льда, сегнетоэлектриков и т.д., что дало ряд новых данных для развития
  Др. область оптимального использования Н - исследование соединений элементов с близкими Z (для рентгеновских лучей такие элементы практически неразличимы, так как их электронные оболочки содержат почти одинаковые числа электронов), например соединений типа шпинели 24, сплавов -- и др. Предельный случай - исследование соединений разных изотопов данного элемента, которые рентгенографически абсолютно неразличимы, а для нейтронов различаются так же, как разные элементы.

  В структурной Н из эксперимента находят интенсивности максимумов когерентного рассеяния l (hkl) (где h, k, - индексы Миллера), связанные со структурными амплитудами (hkl) определенными соотношениями (см. Рентгеновский структурный анализ). Далее с помощью рядов Фурье, коэффициенты которых являются величины (hkl), строится функция ядерной плотности r(x, у, z). Суммирование рядов (как и большинство др. вычислений в структурном анализе) осуществляется на быстродействующих ЭВМ по специальным программам. Максимумы функции r(x, у, z) соответствуют положениям ядер
  Для примера на рис. 2, а приведена проекция ядерной плотности части элементарной ячейки витамина 12; на этой проекции центральный ядра молекулы - - имеет минимальное значение b (является самым "легким") по сравнению с остальными ( и даже вследствие чего оказывается возможной более точная локализация всех На рис. 2, б приведена ядерная плотность в концевой метильной группе 3; четко выявляются на рис. в виде минимумов, что связано с отрицательным значением b для протонов.

  Имеются некоторые различия в природе результатов, получаемых рентгено- и нейтронографически: в первом случае экспериментально определяется положение центра тяжести электронного облака во втором - центра тяжести центроида тепловых колебаний ядра. В некоторых прецизионных экспериментах это приводит к различию в межатомных расстояниях, полученных методами рентгенографии и Н С др. стороны, такое различие может быть использовано в исследовании распределения деталей электронной плотности в молекулах и ответственных за ковалентную химическую связь (рис. 3), неподеленную пару электронов и др.

  Нейтронная спектроскопия. Близкие значения энергии тепловых нейтронов и энергии тепловых колебаний в позволяют измерять последнюю в экспериментах по неупругому рассеянию нейтронов с высокой точностью. В этом случае часть энергии нейтрона при взаимодействии передается молекуле или возбуждая колебания того или иного типа; возможен и обратный процесс передачи энергии от нейтрону. Различают неупругое когерентное и некогерентное рассеяния нейтронов. Когерентное неупругое рассеяние медленных нейтронов определяется динамикой всех частиц и может рассматриваться как столкновение нейтрона с коллективными тепловыми колебаниями решетки - фононами, при котором энергия и импульс (точнее, квазиимпульс) сталкивающихся частиц сохраняются. Эксперименты по неупругому когерентному рассеянию нейтронов на монокристаллах исследуемого соединения дают поэтому полную информацию о фононах в - фононные дисперсионные кривые, что недоступно др. методам исследований. На рис. 4 приведены дисперсионные кривые фононов (акустические и оптические ветви; см. Колебания кристаллической решетки) в для двух направлений. Совпадение экспериментальных результатов с расчетами, сделанными на основе определенной теоретической модели, говорит о справедливости модели, а также позволяет вычислить ряд параметров силового межатомного взаимодействия.

  При некогерентном неупругом рассеянии нейтроны рассеиваются отдельными ядрами однако, вследствие сильной связи ядер в решетке остальные ядра оказывают влияние на рассеяние медленных нейтронов, так что и в этом случае в рассеянии принимает участие весь коллектив частиц. Поэтому такое рассеяние можно также рассматривать как нейтрон-фононное столкновение, при котором, однако, сохраняется лишь энергия сталкивающихся частиц, а их импульс не сохраняется. Эксперименты по неупругому некогерентному рассеянию медленных нейтронов на моно- и поликристаллических образцах позволяют получить фононный спектр По сравнению с др. методами (в первую очередь оптическими) нейтронная спектроскопия дает возможность проводить исследования в широком диапазоне волновых векторов и спуститься до очень малых частот (~20 см-1); кроме того, рассеяние не ограничено в этом случае правилами отбора -- в нейтронном эксперименте все колебания активны. Большое сечение некогерентного рассеяния нейтронов протонами делает и в этом случае соединения хорошим объектом таких исследований. Некоторые сведения могут быть получены и о динамике жидкостей и аморфных тел (времена релаксации, подвижность и др.).

  нейтронография. некоторых элементов (переходных металлов, редкоземельных элементов и обладают ненулевым спиновым и (или) орбитальным моментом. Ниже определенной критической температуры моменты этих в чистых металлах или в соединениях устанавливаются упорядоченно - возникает упорядоченная структура (рис. 5). Это существенным образом влияет на свойства магнетика. Н - практически единственный метод обнаружения и исследования структуры металлов. Наличие упорядочения обнаруживается обычно по появлению на нейтронограммах на фоне ядерного рассеяния дополнительных максимумов когерентного рассеяния, интенсивность которых зависит от температуры. По положению этих максимумов и их интенсивности можно определить тип структуры и величину момента В экспериментах с монокристаллами можно, кроме того, установить абсолютное направление моментов в и построить распределение спиновой плотности (т. е. плотности той части электронов, спин которых не скомпенсирован в пределах одного в элементарной ячейке На рис. 6, а представлена спиновая плотность 3d-электронов в элементарной ячейке Небольшая асферичность в распределении спиновой плотности становится ярко выраженной, если из общей картины вычесть сферически-симметричную часть (рис. 6, б). Форма максимумов спиновой плотности позволяет сделать определенные выводы о строении электронной оболочки в В частности, вытянутость максимумов вдоль осей куба показывает, что из двух возможных d-подуровней eg и t2g (возникающих в результате снятия вырождения в поле в данном случае преимущественно заполнен eg-подуровень. На рис. 6, в дано полученное в специальных нейтронных измерениях распределение намагниченности в элементарной ячейке вызванной частичной поляризацией 4s-электронов (как показали нейтронографические измерения, 4s-электроны дают некоторый вклад в свойства наряду с 3d-электронами). Неупругое когерентное рассеяние нейтронов дает возможность исследовать динамическое состояние т. е. элементарные возбуждения в таких (спиновые волны, или магноны).

  Метод Н позволяет решать широкий круг вопросов, относящихся к различным проблемам структуры вещества, например, проводить исследование строения биополимеров, аморфных тел, микроструктуры специальных сплавов, изучать фазовые переходы и др.

  Лит.: Бэкон Дж., Диффракция нейтронов, пер. с англ., М., 1957; Изюмов Ю. А., Озеров Р. П., нейтронография, М., 1966; Гуревич И. И., Гарасов Л. В., Физика нейтронов низких энергии, М., 1965; Рассеяние тепловых нейтронов, под ред. П. Игельстаффа, пер. с англ., М., 1970; Marshall ., Lovesey ., The theory of thermal neutron scattering. The use of neutrons for the investigation of condensed matter, Oxf., 1971.

  Р. П. Озеров.

Рис. 2. а - ядерная плотность в элементарной ячейке  витамина <sub>12</sub> (полученная по методу синтеза Фурье). Центральный максимум, соответствующий  Со, в связи с его малой  амплитудой рассеяния выражен слабо. Это позволяет более точно определять положение в ячейке легких  -   и  б - ядерная плотность в периферийной группе <sub>3</sub>. Ядерная плотность для   приведена пунктиром в соответствии с отрицательной  амплитудой
Рис. 2. а - ядерная плотность в элементарной ячейке витамина 12 (полученная по методу синтеза Фурье). Центральный максимум, соответствующий Со, в связи с его малой амплитудой рассеяния выражен слабо. Это позволяет более точно определять положение в ячейке легких - и б - ядерная плотность в периферийной группе 3. Ядерная плотность для приведена пунктиром в соответствии с отрицательной амплитудой
Рис. 1б - нейтронограмма поликристаллического образца <sub>3</sub>.
Рис. 1б - нейтронограмма поликристаллического образца 3.


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


Новости 28.01.2021 14:48:11
14:38 Госзакупки в России защитят от контроля со стороны
14:37 Десятки крупных пауков заполонили дом женщины и попали на видео
14:35 Лукашенко сравнил протесты в Белоруссии и России
14:32 Гейджи поставил ультиматум руководству UFC
14:25 Полиция Москвы выступила с предупреждением перед акциями 31 января
14:23 Джаред Лето вспомнил об утерянной статуэтке «Оскар»
14:20 Белоруссия срочно изменит законы в связи с внутриполитическим кризисом
14:18 В ВОЗ рассказали о парадоксе пандемии
13:44 США раскрыли «российскую» проблему M1 Abrams
Больше новостей
СегодняБывший СССР «Запачкал кровью всю машину»Испанец поехал на войну в Карабах, чудом выжил под обстрелом и понял, почему армяне проиграли
СегодняИнтернет и СМИ «Проект мирового правительства по оболваниванию населения»Опасные лекарства, потеря денег и смерть: к чему россиян привела вера в фейки о коронавирусе
СегодняКультура «Я стопроцентный каннибал»Садизм, наркотики и измены: почему о выходках актера Арми Хаммера заговорил весь мир
13:21 Популярный курорт Крыма снял ограничения для туристов
14:15 Пассажир вылетающего в Москву самолета отказался от маски и остался в Сочи
14:17 В центре Гамалеи рассказали о нулевой летальности после вакцины «Спутник V»
27 января 2021Экономика Ай нано«Роснано» создавали для технологического прорыва. Почему его не случилось даже через 13 лет
СегодняМир «Будто оказался на войне»Как запреты из-за пандемии в Нидерландах привели к самым жестким и массовым беспорядкам за 40 лет
14:03 Президенту Туниса прислали подозрительный конверт
13:05 В России стартовало производство нового Renault Duster
14:13 Прибыль российских банков в кризис приблизилась к рекордной
27 января 2021Силовые структуры «На связь выходят только ночью»Заключенные прямо из тюрем обманывают миллионы россиян по телефону. Как устроен этот бизнес?
СегодняИнтернет и СМИ «Все будет нарастать, как снежный ком»Американские соцсети годами игнорируют законы других стран. Что может заставить их передумать?
14:06 Российская школьница хотела создать модную одежду из старой и попала в больницу
13:55 Против предупредившей губернатора об обысках российской судьи завели дело
12:46 Женщина отремонтировала туалет в честь Бориса Джонсона
27 января 2021Россия «Почему они меня не выдали? Не знаю»История москвички, сумевшей пережить Холокост
26 января 2021Спорт «Это был ад»Во Франции тренер годами насиловал юных учениц и снимал их на видео. Почему этого никто не замечал?
13:52 Белорусский МИД увидел «антигосударственные посты» послов ЕС
12:34 В США прокомментировали снятие санкций с Huawei
14:00 Москвичам пообещали «скандинавский» февраль
27 января 2021Дом Только заберитеВ Испании распродают дома со скидками более 70 процентов. Стоит ли их покупать?
25 января 2021Интернет и СМИ «Учат весь мир свободе слова»Крупнейшие соцсети мира заставили Трампа замолчать. Чем это грозит обычным пользователям?
13:45 В Башкирии придумали новое название для ковид-паспортов
13:54 Кремль ответил на предложение индексировать пенсии работающим пенсионерам
12:31 Губернатор Подмосковья назвал условие отмены ограничений из-за коронавируса
27 января 2021Россия «Бывает, что вакцины не срабатывают. Почему — мы не знаем»100 миллионов человек в мире заразились коронавирусом. Могут ли вакцины остановить пандемию?
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
13:50 Чупакабру заподозрили в загадочных убийствах десятков зверей
13:39 Названа самая продаваемая марка автомобилей в мире
13:29 Директор ресторана «из жадности» взял взятку у Риты Оры ради вечеринки в пандемию
27 января 2021Из жизни «Как будто началась война»В американском городке решили построить утопию без налогов и законов. Все испортили дикие звери
Сегодня Крестный отец: великому Bugatti EB110 исполнилось 30 летОтдаем дань уважения выдающемуся автомобилю, который появился на свет благодаря непоколебимой решимо
13:44 Популярного тиктокера обвинили в изнасиловании подростка
13:04 Двое полицейских покончили с собой после беспорядков в Капитолии
13:21 ПАСЕ подтвердила полномочия российской делегации
26 января 2021Мир «Отложим кризис на пять лет»США готовы продлить ракетный договор с Россией. Почему Байден решил пойти на уступки?
27 января 2021Ценности Руки прочьЛюбимая вещь европейских богачей вернулась в моду. 200 лет назад в России она была под запретом
13:13 Клуб АПЛ заинтересовался российским вратарем
12:58 Избивших россиянку и ее восьмилетнюю дочь полицейских отправили в колонию
12:58 Украина попросила Боснию отдать ей подаренную Лаврову икону
26 января 2021Культура Герои на героинеЖили быстро, меняли мир и умирали молодыми: 15 великих историй эпохи джаза
26 января 2021Наука и техника Владыки морейКто помогал русским и американцам победить флот Гитлера. Редкие снимки Второй мировой войны
12:51 Родители перечислили «гениальные» способы детей халтурить на онлайн-занятиях
12:57 Белорусскую оппозицию обвинили в попытке установить «фашиствующую демократию»
12:41 Гиперкару SSC Tuatara все же удалось установить рекорд скорости
25 января 2021Силовые структуры Война и амирВ Чечне уничтожили последнего главаря боевиков. Спецслужбы охотились за ним 10 лет
26 января 2021Путешествия Благословенная земляСлоны, грязные электрички и Будда: что ждет российских туристов на Шри-Ланке
12:40 В Норвегии возмутились вторжением «Красной армии Сталина»
12:53 Названы последствия неофициального ремонта iPhone
12:50 Партии Миронова и Прилепина подписали манифест об объединении
27 января 2021 Petrolhead Battle: как Бойцовский клуб, но о машинахКак двое уставших от самоизоляции парней создали лучший автомобильный квиз
24 января 2021Путешествия Белая смертьСоль, женский труд и проституция. Чем живут селения на берегах самых крупных озер Африки?
12:25 Врачам российских скорых запретили есть, спать и читать по пути на вызов
12:20 Кремль прокомментировал задержания после акций 23 января
12:45 Развалившийся после столкновения с аэропортом в России Ми-8 сняли на видео
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?
12:44 Сериал «Бриджертоны» установил абсолютный рекорд Netflix
12:20 Обезглавившего журналиста исламиста оправдали в Пакистане
12:02 Против Леонида Волкова возбудили дело за призывы подростков на митинги
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
12:32 Бывшего главу IBU заподозрили в безосновательной защите интересов России
12:16 Подросток отсудила сотни тысяч рублей у школы из-за запрета на свою прическу
12:02 В WhatsApp появятся несколько новых функций
23 января 2021Силовые структуры «Было страшно видеть ее взгляд»Убийство школьницы поставило в тупик милицию СССР. В нем подозревали Чикатило, а казнили невиновного
24 января 2021Спорт Забойный реваншДастин Порье нокаутировал Конора Макгрегора. Но ирландец не собирается завершать карьеру
11:45 Обновлены данные по зараженным коронавирусом в Москве
12:15 В России началась сборка обновленного Kia Stinger
11:39 Шедшего в Москву шамана поместили в психдиспансер
25 января 2021Бывший СССР «Не мы лезем в их постель»Эстонцы долго боролись за легализацию гей-браков. Как им помешала коррупция чиновников?
12:06 Рост цен на яйца объяснили заболеванием
11:37 Генсек ООН понадеялся на скорую регистрацию российской вакцины ВОЗ
11:28 В Госдуме назвали цель воздушной блокады Крыма со стороны Украины
11:59 Лукашенко посетовал на слишком сильную либерализацию законов в Белоруссии
11:22 Муж расстрелял блогершу во время ссоры из-за откровенного видео