Рассеяние нейтронов в твердых телах

РАССЕЯНИЕ НЕЙТРОНОВ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ Общие соображения [c.60]

В течение последнего десятилетия изучение рассеяния нейтронов в твердых телах превратилось в мощное ору-дне исследования спектра колебаний решетки ). Медлен [c.60]

Материалы по вопросу о рассеянии нейтронов в твердых телах можно найти, в. частности, в работах [14—17), [c.60]

Для исследования колебаний атомов в твердых телах в последнее время широко используется рассеяние медленных (энергия меньше 0,025 эв) нейтронов. Длина волны таких нейтронов меньше 2 10 см, т. е. сравнима с расстояниями между ядрами в твердом теле ( 10 сж), поэтому в рассеянии наблюдаются интерференционные эффекты, обусловленные согласованным рас- [c.84]

Прямое измерение фононного спектра в твердых телах путем изучения неупругого рассеяния медленных нейтронов. [c.27]

Установлено, что уравнение (7.66) дает достаточно точные значения для сечения неупругого рассеяния, даже когда условия, которые предполагались при его выводе, не удовлетворяются. Так, оно было применено для твердых тел, в которых кристаллы не имеют кубической симметрии, межатомные силы не являются гармоническими и в элементарной ячейке содержится более чем один атом. При расчетах для таких материалов функция / (со) обычно выбирается на основании некоторой модели кристалла, в рамках которой можно оценить фононный спектр. В качестве примера в разд. 7.4.8 обсуждается рассеяние нейтронов в графите. Можно так же, как показано в разд. 7.4.7, получить приближенные значения функции / (со) из измеренных сечений рассеяния. [c.276]

Исчерпывающее рассмотрение рассеяния нейтронов в магнитоупорядоченных твердых телах, охватывающее как теорию вопроса, так и результаты экспериментов, можно найти в книге [4]. [c.313]

Дифракция нейтронов на кристаллах в настоящее время является не только хорошо изученным явлением, но и эффективным методом исследования, получившим название нейтронографии (по аналогии с рентгенографией). В самой ядерной физике нейтронография используется для определения знаков и абсолютных значений когерентных амплитуд рассеяния нейтронов на различных ядрах. В физике твердого тела и смежных с ней областях нейтронография используется для получения информации о структуре кристаллов. [c.555]

Основным механизмом взаимодействия быстрых нейтронов с веществом является упругое рассеяние на ядрах атомов. В среднем нейтрон передает атому мишени энергию, равную Е/А. Атомы средних или тяжелых элементов, получив энергию от быстрого нейтрона, движутся со скоростью, значительно меньшей скорости внешних орбитальных электронов, поэтому должна происходить не ионизация их, а потеря энергии в основном за счет упругих столкновений с другими атомами твердого тела. В результате только небольшая часть энергии нейтрона теряется на иони- [c.281]

При экспериментальных исследованиях твердых тел весьма важными являются два следующих аспекта рассеяния нейтронов (они будут рассмотрены в последующих главах). [c.96]

Дальнейшее существенное улучшение этой модели получается при учете сжимаемости ионов решетки посредством предположения о сжимаемой оболочке ( дышащая оболочечная модель). Это уточнение во многих случаях привело к количественному совпадению с экспериментом. Для подбора параметров в первую очередь служат константы упругости и диэлектрическая проницаемость ( 35 и 36). В большинстве случаев их не хватает, чтобы определить все свободные параметры. Тогда для подбора используют результаты экспериментальных измерений колебательных спектров. Экспериментальные измерения дисперсионных кривых возможны с помощью неупругого рассеяния нейтронов, причем для твердых тел этот метод ограничивается не слишком большим сечением рассеяния. На рис. 48 показаны ветви функции сОу ( ) для алмаза вдоль важнейших осей внутри и на поверхности зоны Бриллюэна. Самые существенные результаты рис. 48 могут быть выведены уже нз соображений симметрии, как мы в этом убедились в 26. [c.148]

Как рассеяние нейтронов, так и рассеяние быстрых электронов представляют собой примеры элементарных воздействий продольного типа. В обоих случаях внешнее возмущение непосредственно воздействует на продольные элементарные возбуждения — флуктуации плотности твердого тела. С другой стороны, измерение оптической отражательной способности твердого тела соответствует зонду поперечного типа. Здесь электромагнитная волна непосредственно взаимодействует с поперечными флуктуациями плотности тока электронов. [c.27]

Эти ангармонические члены ответственны за ряд макроскопических явлений, например за тепловое расширение решетки и за появление линейного члена в теплоемкости при высоких температурах [1]. С микроскопической точки зрения они приводят к взаимодействию между фононами. При учете этих членов фононы уже нельзя рассматривать как вполне хорошо определенные возбуждения — они получают возможность рассеиваться друг на друге, распадаться на два и т. д. Следовательно, наличие ангармонических членов обусловливает важный механизм теплосопротивления неметаллических твердых тел ). Более того, учет этих членов играет важную роль в интерпретации данных по однофононному неупругому когерентному рассеянию нейтронов, ибо он приводит к конечному времени жизни и к сдвигу энергии рассматриваемых фононов 2). [c.74]

Замедление нейтронов с энергиями ниже 1 эв, т. е. в тепловой области, называется термализацией, потому что энергии нейтрона сравнимы с тепловой энергией рассеивающих ядер, которые уже не могут рассматриваться как покоящиеся. Если рассеивающее ядро находится в движении, то нейтроны могут как получать энергию за счет рассеяния, приводящего к возрастанию скорости, так и терять ее прп столкновениях. Следовательно, рассеяние, приводящее к возрастанию энергии нейтронов, которым можно было пренебречь в области замедления, необходимо теперь принимать во внимание. Кроме того, следует учитывать связи атомов в молекулах или в кристаллической решетке. Если атом находится в связанном состоянии, то он не может свободно испытывать отдачу при столкновении, так как существует взаимодействие между рассеивающим атомом и его соседями в молекуле или твердом теле. Наконец, нельзя не учитывать возможности эффектов интерференции в тепловой области энергий. Так как длина волны де Бройля для нейтрона с очень низкой энергией становится сравнимой с межатомным расстоянием в молекуле или кристалле, то может иметь место интерференция нейтронов, рассеянных на различных атомах. [c.249]

Представленное уравнениями (7.56)—(7.62) фононное разложение справедливо для осциллятора с температурой, равной нулю. Подобное фононное разложение можно провести и для конечных температур, но результаты оказываются более сложными [33]. Для осцилляторов с конечной температурой рассеянный нейтрон может как приобретать энергию за счет поглощения фононов из твердого тела, так и терять ее в результате образования фононов, т. е. поглощения энергии твердым телом. [c.273]

Исследуя нейтроны ), испытавшие рассеяние в кристалле, можно видеть, что потерянная ими энергия кратна некоторым дискретным порциям, величина которых зависит от изменения импульса при рассеянии. Квантовая теория колебаний решетки дает очень простое объяснение этого эффекта, благодаря чему нейтроны оказываются одним из наиболее ценных инструментов изучения твердых тел. [c.49]

Подобно человеческим недостаткам, дефекты в кристаллах бесконечно многообразны, многие из них скучны и тягостны, но некоторые весьма привлекательны. В этой главе мы опишем ряд таких дефектов, наличие которых существенно влияет по крайней мере на одно из основных свойств твердого тела. Правда, можно сказать, что такому требованию удовлетворяет почти каждый дефект например, изотопическая примесь может изменить как фононный спектр, так и характер рассеяния нейтронов. Однако мы рассмотрим примеры, в некотором смысле более эффектные ). Укажем два наиболее важных типа дефектов. [c.233]

Как и все квантовые явления, квантование волн решетки оказывается существенным во всех случаях, когда характерные энергии сравнимы с энергией рассматриваемых фопонов Лео. Классическим применением концепции фононного газа является вычисление вклада фононов в теплоемкость твердого тела. Этот вопрос будет кратко рассмотрен в данном параграфе. В последующих параграфах мы рассмотрим вопросы об устойчивости твердого тела при плавлении и о возможности непосредственного измерения фононного спектра в твердом теле по неупругому рассеянию нейтронов. [c.51]

На рис. 42 пунктирная линия изображает функцию распределения частот в тео рии Дебая, а сплошная линия — решеточную (истинную) функцию распределения, учитывающую дискретную структуру кристалла и специфичную для 1конкретного твердого тела. Функция g(v) определяется экспериментально по рассеянию нейтронов, а теоретически — численными методами. [c.259]

Книга проф. Джона М. Каули посвящена одному из актуальных и быстро развивающихся направлений современной физики твердого тела — рассеянию коротких, порядка межатомных расстояний, волн (рентгеновских, электронных, нейтронных). Круг проблем, затронутых автором, весьма обширен изложение, несмотря на свою краткость, в большинстве случаев ясное, а используемый математический аппарат — метод сверток и фурье-преобразова-ний — хотя и несколько формален, но компактен и прост. [c.5]

Первоначальную теорию дифракции нейтронов создали физики-ядерщики, которые использовали свои профессиональные понятия ди еренциальных сечений, а не амплитуды атомного рассеяния. Впоследствии варианты этой теории разработали структурщики, которые внесли в нее понятия, используемые в дифракции рентгеновских лучей, и специалисты по физике твердого тела, описывающие свои эксперименты с помощью волновых векторов к, зон Бриллюэна и т.д. Дополнительное усложнение, которое было связано с изучением неупругого рассеяния в процессах, зависящих от времени и включающих фононы и магноны, привело главным образом к развитию этого, заимствованного из физики твердого тела подхода, а не к обобщению методов фурье-преобразований. [c.13]

Э л е к т р о м а г н и т н о е взаимодействие. а) Взаимодействие магнитного момента И. с магнитными моментами электронных оболочек атомов проявляется существенно для Н., длина волны к-рых порядка или больше атомных размеров (энергия Я < 10 эв и в особенности тепловые Н.) широко используется для исследования магнитной структуры и динамики твердых тел (см. Магнитное рассеяние нейтронов. Магнитная нейтронография). Интерференция с ядерным рассеянием позволяет получать пучки поляризованных медленных нейтронов (см. Ноляриааци.я нешпронов). [c.381]

Данные дифракции электронов. Основным методом исследования поверхностной кристаллофафии является дифракция медленных электронов (ДМЭ), упруго отраженных от поверхности твердого тела. Это явление было открыто в 1927 г. Дэвиссоном и Джер-мером в знаменитых экспериментах, доказавших волновую природу элементарных частиц. Преимущество метода ДМЭ по сравнению с методами дифракции рентгеновского излучения и нейтронов, традиционно применяющихся в исследованиях объемных фаз в том, что электроны взаимодействуют с атомами в миллионы раз сильнее, чем фотоны и нейтроны. Интенсивность рассеяния электронов 4 на 6—7 порядков выше, чем для фотонов и тем более для нейтронов. [c.132]

Фундаментальное теоретическое исследование влияния ангармоничности на неупругое когерентное рассеяние нейтронов было выполнено Коккеди [38] ). Его расчет основан на теории возмущений и, следовательно, применим только к области температур, в которой ангармонические члены достаточно малы и фононы продолжают оставаться хорошо определенными возбуждениями. В разумной аппроксимации ширина линии оказалась пропорциональной температуре—в согласии с экспериментальными данными. Более точный расчет ширины линии затрудняется недостатком сведений о соответствую-щих ангармонических силовых постоянных. Марадудин и Фейн [41] предприняли попытку обойти эту трудность, используя простую модель твердого тела (в их случае — свинца). Именно, они предположили, что взаимодействие осуществляется только между ближайшими соседями, и затем попытались подобрать силовые постоянные так, чтобы удовлетворить имеющимся макроскопическим экспериментальным данным. Сравнение их результатов с данными опыта приведено на фиг. 5. Ввиду неизбежно грубого характера сделанных аппроксимаций полученное согласие по порядку величины можно считать удовлетворительным. [c.78]

Так как в уравнении (7.66) используется некогеренткое приближение, в котором эффектами интерференции пренебрегается, то очевидно, что его нельзя применять к расчету упругого рассеяния, для которого эффекты интерференции очень важны. Для систем, в которых перенос тепловых нейтронов существен, необходимо принимать во внимание когерентное упругое рассеяние. Это требует вычисления промежуточной функции рассеяния, определенной уравнением (7.50), которое проводится с помощью теории твердого тела. Однако подробный анализ этой проблемы выходит за рамки данной книги [43]. [c.276]

Во всех представленных выше моделях рассеяния aJs оказывается функцией только к- и е, а не вектора х. Так было для всех сечений неупругого рассеяния, основанных на некогереитном приближении, и для всех сечений упругого рассеяния поликристаллических твердых тел и молекулярных жидкостей, за исключением монокристаллов. Это означает, что дважды дифференциальные сечения обычно являются функциями начальной и конечной энергий нейтрона и косинуса угла рассеяния Хц = й й, а не углов О и й отдельно. Следовательно, необходимые компоненты разложения функции рассеяния (между любыми двумя энергиями Е и Е) в ряд по полиномам Лежандра, например [c.287]

В широком смысле слова общие принципы, лежащие в основе таких экспериментов, во многом одинаковы, иевависимо от того, какие падающие частицы используются — нейтроны или фотоны, однако информация, получаемая из экспериментов с фотонами, обычно более ограничена по своему содержанию и более трудна для интерпретации. С другой стороны, электромагнитные методы исследования (в особенности рентгеновский анализ) имеют решающее значение при изучении тех твердых тел, для которых не удается провести исследование методом рассеяния нейтронов. Одним из примеров ) служит твердый гелий-3, в котором нейтронная спектроскопия невозможна из-за очень большого поперечного сечения процесса захвата нейтрона ядром гелия-3. [c.97]

Рпс. 3. Схема распо.ложения четырехроторпого пульсирующего монохроматора в опыте по изучению рассеяния тепловых нейтронов твердыми и жидкими телами. [c.402]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...