4.3. Нейтроны

4.3.1. Амплитуды атомного рассеяния

Нейтроны, представляющие интерес для дифракционных экспериментов, — это тепловые нейтроны, находящиеся в тепловом равновесии с атомами в ядерном реакторе и имеющие, таким образом, среднюю энергию около и соответствующую длину волны около 1,5 А. Однако пучок нейтронов, полученный из реактора, имеет довольно значительный разброс по энергиям или длинам волн. Узкий интервал длин волн для дифракционных экспериментов обычно выбирается с помощью кристаллического монохроматора или, особенно для больших длин волн, с помощью чоппера —

Фиг. 4.3. Изменение амплитуды атомного рассеяния для нейтронов и амплитуды атомного рассеяния для рентгеновских лучей (при определенных значениях в зависимости от атомного веса [10]. Штриховая кривая отвечает рассеянию на потенциале ядер.

прерывательной установки по времени пролета нейтронов, позволяющей отбирать интервал скоростей нейтронов.

Нейтроны заметно не рассеиваются электронами. Основное взаимодействие — это взаимодействие с ядром. Мы приводим здесь результаты, первоначально полученные в рамках ядерной физики и потому носящие на себе ее отпечаток.

Поскольку размеры ядра атома намного меньше длины волны теплового нейтрона, амплитуда атомного рассеяния для нейтронов будет изотропной, не зависящей от угла рассеяния и будет представляться однозначной «длиной рассеяния» Величина включает «потенциальное» рассеяние на жесткой сфере соответствующего радиуса и члены «резонансного» рассеяния, возникающего за счет взаимодействия нейтрона с ядром. Формула Брейта — Вигнера для рассеяния на изолированном ядре с нулевым спином дает

где энергия резонанса, — ширина резонанса для рассеяния нейтрона без потери энергии, а — ширина резонанса для поглощения.

Поглощение чаще описывается с помощью сечения

Из выражения (4.27) видно, что в зависимости от взаимодействия с ядром может быть положительной или отрицательной, действительной или мнимой величиной. Как показывает эксперимент, относительно невелика и, будучи пропорциональной радиусу ядра,

возрастает как атомный номер в степени Мнимая часть — заметная величина лишь для нескольких изотопов, таких, как изотопы бора или кадмия, которые сильно поглощают тепловые нейтроны. Для многих изотопов, включая важные случаи рассеяния на является отрицательной величиной. Таблицы значений и сечений рассеяния даны, например, Бэконом [10] и приведены в Интернациональных таблицах, Сравнительный ход амплитуды атомного рассеяния в зависимости от атомного номера для нейтронов и рентгеновских лучей показан на фиг. 4.3.