Difracció de neutrons
.jpg){kind=link}
La difracció de neutrons o dispersió elàstica de neutrons és l'aplicació de la difracció de neutrons a la determinació de l'estructura atòmica i/o magnètica d'un material. Una mostra a examinar es coloca en un fes de neutrons fret o tèrmic per a obtindre un patró de difracció que proporcione informació de l'estructura del material. La tècnica és similar a la cristalografia de rajos X, pero per les seues diferents propietats de dispersió, els neutrons i els rajos X proporcionen informació complementària: els rajos X són adequats per a anàlisis superficials, els rajos X més potents generats en un sincrotrón són adequats per a profunditats someras o mostres primes, mentres que els neutrons tenen una alta penetració i són adequats per a mostres volumètriques.[1]
Requisits instrumentals i de mostra
[editar | editar còdic]La tècnica requerix una font de neutrons, que generalment es produïxen en un reactor nuclear o per mig d'espalación. En un reactor d'investigació, es necessiten atres components, inclós un monocromador de cristal (en el cas de neutrons tèrmics), aixina com filtres per a seleccionar la llongitut d'ona de neutrons desijada. Algunes parts de la configuració també poden ser mòvils. Per als neutrons de llongitut d'ona llarga, no es poden utilisar cristals, sino que s'utilisen reixetes com a components òptics difractivos.[2] En una font de espalación, la tècnica del temps de vol s'utilisa per a classificar les energies dels neutrons incidents (els neutrons de major energia són més ràpits), per lo que no es necessita un monocromador, sino més be una série d'elements d'obertura sincronisats per a filtrar els polsos de neutrons en la desijada llongitut d'ona.
La tècnica empleada generalment és la difracció de pols, que solament requerix una pols policristalino. També és possible treballar en un sol cristal, pero els cristals deuen ser molt més grans que els monocristales que s'usen en la cristalografia de rajos X. És comú utilisar cristals d'aproximadament 1 mm3.[3]
La tècnica també requerix un dispositiu que puga detectar els neutrons en acabant de que s'hagen dispersat.
En resum, la principal desventaja de la difracció de neutrons és la necessitat de dispondre d'un reactor nuclear. Per al treball en un sol cristal, la tècnica requerix cristals relativament grans, el creiximent dels quals sol ser complicat. Les ventages d'esta tècnica són moltes: sensibilitat als àtoms llaugers, capacitat per a distinguir isòtops, absència de danys per radiació,[3] aixina com una profunditat de penetració[1] de varis cm.
Dispersió nuclear
[editar | editar còdic]Com tots els quants de partícules, els neutrons poden exhibir fenomens ondulatorios típicament associats en la llum o en el sò. La difracció és un d'estos fenomens, que es produïx quan les ones troben obstàculs el tamany dels quals és comparable al seu llongitut d'ona. Si la llongitut d'ona d'una partícula quàntica és lo suficientment curta, els àtoms o els seus núcleus poden servir com a obstàculs de difracció. Quan un fes de neutrons que emana d'un reactor es ralentisa i se selecciona adequadament segons la seua velocitat, la seua llongitut d'ona se situa prop d'un ángstrom (0,1 nanómetros), la separació típica entre àtoms en un material sòlit. En conseqüència, dit fes es pot utilisar per a realisar ensajos de difracció. En incidir sobre una mostra cristalina, el fes es dispersarà baix un número llimitat d'ànguls ben definits, segons la llei de Bragg que també descriu la difracció de rajos X.
Els neutrons i els rajos X interactuen en la matèria de manera diferent. Els rajos X interactuen principalment en el núvol d'electrons que rodeja cada àtom. Per lo tant, la contribució a l'intensitat dels rajos X difractados és major per als àtoms en número atómico (Z) major. Per un atre costat, els neutrons interactuen directament en el núcleu de l'àtom, i la contribució a l'intensitat difractada depén de cada isòtop; per eixemple, l'hidrogen normal i el deuteri contribuïxen de forma diferent. També sol ocórrer que els àtoms llaugers (de baix número atómico Z) contribuïxquen fortament a l'intensitat difractada, inclús en presència d'àtoms de números Z elevats. La llongitut de dispersió varia d'un isòtop a un atre en lloc de ser llineal en l'número atómico. Un element com el vanadi dispersa fortament els rajos X, pero els seus núcleus a penes dispersen neutrons, per lo que a sovint s'utilisa com a material contenidor. La difracció de neutrons, no magnètica, és directament sensible a les posicions dels núcleus dels àtoms.
Els núcleus dels àtoms en a on es dispersen els neutrons són diminuts. Ademés, no és necessari considerar un factor de forma atòmica per a descriure la configuració del núvol d'electrons de l'àtom i el poder de dispersió d'un àtom no disminuïx en l'àngul de dispersió, com ocorre en els rajos X. Per lo tant, la difracció pot mostrar picos forts i ben definits inclús en ànguls elevats, especialment si l'experiment es realisa a baixes temperatures. Moltes fonts de neutrons estan equipades en sistemes de refrigeració d'heli líquit que permeten la recopilació de senyes a temperatures de fins a 4,2 K. La magnífica informació d'alt àngul (és dir, alta "resolució") significa que les posicions atòmiques en l'estructura poden determinar-se en gran precisió. Per un atre costat, els mapes de Fourier (i en menor mida, els mapes de Fourier de diferències) derivats de les senyes obtingudes a partir de la difracció de neutrons sofrixen errors de terminació de série, a voltes de tal magnitut que els resultats no tenen sentit.
Vore també
[editar | editar còdic]- Reactor d'Isòtops d'Alt Fluix (HFIR) en Oak Ridge National Labs permet realisar anàlisis per activació de neutrons
- Fluix de neutrons
- Obús de neutrons
- Cristalografia
- Base de senyes cristalográfica
- Difracció d'electrons
- Difracció d'incidència rasante
- Dispersió inelástica de neutrons
- Tomografía computarizada per difracció de rajos X
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Measurement of residual stress in materials using neutrons, Organisme Internacional d'Energia Atòmica, 2003
- ↑ (2022-05-24) «Nanodiamond-based nanoparticle-polymer composite gratings with extremely large neutron refractive index modulation», Photosensitive Materials and their Applications II (vol. 12151), SPIE, pp. 70–76. doi:10.1117/12.2623661. ISBN 9781510651784.
- ↑ 3,0 3,1 Paula M. B. Piccoli, Thomas F. Koetzle, Arthur J. Schultz "Single Crystal Neutron Diffraction for the Inorganic Chemist—A Practical Guide" Comments on Inorganic Chemistry 2007, Volume 28, 3-38. doi:10.1080/02603590701394741
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Difracción de neutrones» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.