La difracción de neutrón del es un método cristalográfico para la determinación de la estructura atómica de un material. Ésta es una forma de dispersión de elástico donde los neutrones que salen el experimento tienen más o menos la misma energía que los neutrones del incidente. La técnica es similar a la difracción de radiografía pero el diverso tipo de radiación da la información complementaria. Una muestra que se examinará se coloca en una viga termal o los neutrones fríos del y el patrón de la intensidad alrededor de la muestra da la información de la estructura del material.
Descripción
Principio
Los neutrones son partículas encontradas en el núcleo atómico de casi todo el átomo, pero están limitados. La técnica requiere los neutrones libres y éstas no ocurren normalmente en naturaleza, porque han limitado curso de la vida en un reactor nuclear, sin embargo, los neutrones pueden ser el decaimiento directo libre fijado de los núcleos particularmente cuando ocurre la fisión . Todas las partículas de Quantum pueden exhibir fenómenos de la onda que nos asociamos típicamente a la luz o al sonido. La difracción es uno de estos fenómenos; ocurre cuando las ondas encuentran los obstáculos cuyo tamaño es comparable con la longitud de onda . Si la longitud de onda de una partícula del quántum es bastante corta, los átomos o sus núcleos pueden servir como obstáculos de la difracción. Cuando una viga de los neutrones que emanan de un reactor es retrasada y seleccionada correctamente por su velocidad, su longitud de onda miente cerca de un angstrom (0.1 nanómetros ), la separación típica entre los átomos en un material sólido. Tal viga se puede entonces utilizar para realizar un experimento de la difracción. El afectar a una muestra cristalina dispersará bajo número limitado de ángulos bien definidos según la misma ley de Bragg que describe la difracción de radiografía.
Requisitos instrumentales
Una medida de la difracción de neutrón requiere una fuente de neutrón (e. un reactor nuclear o la fuente del desconchado), una muestra (el material que se estudiará), y un detector. Los tamaños de muestras son relativamente grandes comparados a ésos usados en la difracción de radiografía. La técnica por lo tanto se realiza sobre todo como difracción del polvo. En un reactor de investigación otros componentes tales como monocromadores cristalinos o filtros pueden ser necesarios seleccionar la longitud de onda deseada del neutrón. Algunas partes de la disposición pueden también ser movibles. En una fuente del desconchado la época de la técnica del vuelo se utiliza para clasificar las energías de los neutrones del incidente, así que no hay monocromador necesario, apenas un manojo de electrónica. (Los neutrones de una energía más alta son más rápidos - V. simple)
Dispersión nuclear
Los neutrones obran recíprocamente con la materia diferentemente que radiografías. Las radiografías obran recíprocamente sobre todo con la nube del electrón que rodea cada átomo. La contribución a la intensidad difractada de la radiografía es por lo tanto más grande para los átomos con un gran número atómico (z) que está para los átomos con un pequeño Z. por una parte, los neutrones obran recíprocamente directo con el núcleo átomo, y la contribución a la intensidad difractada es diferente para cada isótopo ; por ejemplo, el hidrógeno y el deuterio regulares contribuyen diferentemente. Es también a menudo el caso que se enciende (Z) los átomos bajos contribuyen fuerte a la intensidad difractada incluso en presencia de los átomos grandes de Z. La longitud de dispersión varía del isótopo al isótopo algo que linear con el número atómico. Un elemento como el vanadio es un dispersor fuerte de radiografías, pero sus núcleos dispersan apenas los neutrones, que es porqué él de uso frecuente como material del envase. La difracción de neutrón no magnética es directo sensible a las posiciones de los núcleos de los átomos.Una diferencia principal con las radiografías es que la dispersión es sobre todo debido a los núcleos minúsculos de los átomos. Eso significa que no hay necesidad de un factor de forma atómico de describir la forma de la nube de electrón del átomo y la energía de dispersión de un átomo no se cae con el ángulo de dispersión como hace para las radiografías. Diffractograms por lo tanto puede demostrar picos bien definidos fuertes del diffaction incluso a los altos ángulos, particularmente si el experimento se hace en las bajas temperaturas. Muchas fuentes de neutrón se equipan de los dewars líquidos del helio que facilitan las temperaturas abajo 4. La información magnífica del alto ángulo (es decir arriba resolución del ) significa que los datos pueden dar los valores muy exactos para las posiciones atómicas en la estructura.
Dispersión magnética
Aunque los neutrones sean uncharged, llevan una vuelta, y por lo tanto obran recíprocamente con momentos magnéticos, incluyendo ésos que se presentan de la nube de electrón alrededor de un átomo. La difracción de neutrón puede por lo tanto revelar la estructura magnética microscópico de un material.La dispersión magnética requiere un factor de forma atómico mientras que es causada por la nube de electrón mucho más grande alrededor del núcleo minúsculo. La intensidad de la contribución magnética a los picos de la difracción por lo tanto disminuirá hacia ángulos más altos.
Historia
Los primeros experimentos de la difracción de neutrón fueron realizados en 1945 por Ernesto O. Wollan usar el reactor del grafito en el la Oak Ridge . El Clifford Shull lo ensambló pronto después de eso, y juntos establecieron los principios de base de la técnica, y los aplicaron con éxito a muchos diversos materiales, a problemas de dirección como la estructura del hielo y a los arreglos microscópicos de momentos magnéticos en materiales. Para este logro Shull fue concedido una mitad del Premio Nobel 1994 Del en la física . Wollan había desaparecido en los años 90. (La otra mitad del Premio Nobel 1994 Para la física fue al Bert Brockhouse para el desarrollo de la técnica de la dispersión inelástica en la facilidad de Chalk River de AECL . Este también implicado la invención del espectrómetro triple del eje). Brockhouse y Shull toman en común la distinción algo dudosa del boquete más largo entre el trabajo que es hecho ( 1945 ) y el Premio Nobel Que es concedido ( 1994 ).
Aplicaciones
La difracción de neutrón es estrechamente vinculada radiografiar la difracción del polvo. De hecho la versión del solo cristal de la técnica es menos de uso general porque las fuentes de neutrón actualmente disponibles requieren muestras relativamente grandes y los solos cristales grandes son duros o imposibles de venir cerca para la mayoría de los materiales. Los progresos futuros, sin embargo, bien pueden cambiar este cuadro. Porque los datos un diffractogram del polvo 1D ellos se procesan típicamente generalmente usar el refinamiento de Rietveld. De hecho estes 3ultimo encontraron su origen en la difracción de neutrón (en Petten en los Países Bajos) y fueron extendidos más adelante para el uso en la difracción de radiografía.
Un uso práctico de la dispersión de neutrón elástico/difracción es que el enrejado constante de los metales y de otros materiales cristalinos puede ser medido muy exactamente. Junto con un micropositioner exactamente alineado un mapa del enrejado constante a través del metal puede ser derivado. Esto se puede convertir fácilmente al campo de la tensión experimentado por el material. Esto se ha utilizado para analizar tensiones en el los componentes automotores aeroespaciales del y para dar apenas dos ejemplos. Esta técnica ha llevado al desarrollo de los difractómetros dedicados de la tensión, tales como el instrumento ENGIN-X en la fuente de neutrón de ISIS .
Hidrógeno, nulo-dispersión y variación del contraste
La difracción de neutrón se puede utilizar para establecer la estructura de los materiales bajos del número atómico como las proteínas y los tensioactivadores mucho más fácilmente con un flujo más bajo que en una fuente de radiación de sincrotrón. Esto es porque algunos materiales bajos del número atómico tienen una sección representativa más alta para la interacción del neutrón que los materiales del peso más arriba atómico.
Una ventaja importante de la difracción de neutrón sobre la difracción de radiografía es que este 3ultimo es algo insensible a la presencia de hidrógeno en una estructura, mientras que los núcleos 1H y 2H=D son dispersores fuertes para los neutrones. Esto significa que la posición del hidrógeno en una estructura cristalina y sus movimientos termales se puede determinar lejos más exacto con los neutrones. Además las longitudes de dispersión de H y de D tienen enfrente de la muestra, que permite la variación del contraste. De hecho se llama hay un cociente particular para el cual la contribución del elemento cancelaría, éste del isótopo nulo-dispersión. Sin embargo no es en la práctica deseable trabajar con la concentración relativamente alta de H en tal muestra. La dispersión por los H-núcleos tiene un componente ineleastic grande y ésta crea a un fondo continuo grande que esté más o a menos independiente del ángulo de dispersión. El patrón elástico consiste en típicamente las reflexiones de Bragg agudas si la muestra es cristalina. Tienden a ahogarse en el fondo inelástico. Esto es aún más serio cuando el techniquw se utiliza para el estudio de la estructura líquida. Sin embargo, preparando muestras con diversos cocientes del isótopo es posible variar el contraste de la dispersión bastante para destacar un elemento en una estructura de otra manera complicada. La variación de otros elementos es posible pero generalmente algo costosa. El hidrógeno es relativamente barato y particularmente interesante porque desempeña un papel excepcionalmente grande en estructuras bioquímicas y es difícil de estudiar estructural de otras maneras.
Ver también
.| Random links: | High School secundaria para la ejecución y los artes visuales | Joulupöytä | Designación de la señal numérica | Comando del cráneo |