中子衍射技術

中子衍射技術是研究晶體學的方法，用來確定某個材料的原子結構或磁性結構。這也是彈性散射的一種，離開中子具有入射中子相同或略低的能量。這個技術與X射線衍射法類似，其主要差別在於放射源不同，這兩種技術可以互為補充。

基本介紹

• 中文名：中子衍射技術
• 外文名：neutron diffraction
• 用於：研究物質（金屬）的微觀結構
• 領域：物理學

簡介

中子衍射技術是研究晶體學的方法，用來確定某個材料的原子結構或磁性結構。這也是彈性散射的一種，離開中子具有入射中子相同或略低的能量。這個技術與X射線衍射法類似，其主要差別在於放射源不同，這兩種技術可以互為補充。

晶體學

晶體學，又稱結晶學，是一門以確定固體中原子（或離子）排列方式為目的的實驗科學。“晶體學”（crystallography）一詞原先僅指對各種晶體性質的研究，但隨著人們對物質在微觀尺度上認識的加深，其詞義已大大擴充。

在X射線衍射晶體學提出之前（介紹見下文），人們對晶體的研究主要集中於晶體的點陣幾何上，包括測量各晶面相對於理論參考坐標系（晶體坐標軸）的夾角，以及建立晶體點陣的對稱關係等等。夾角的測量用測角儀完成。每個晶面在三維空間中的位置用它們在一個立體球面坐標“網”上的投影點（一般稱為投影“極”）表示。坐標網的又根據不同取法分為Wolff網和Lambert網。將一個晶體的各個晶面對應的極點在坐標網上畫出，並標出晶面相應的密勒指數，最終便可確定晶體的對稱性關係。

現代晶體學研究主要通過分析晶體對各種電磁波束或粒子束的衍射圖像來進行。輻射源除了最常用的X射線外，還包括電子束和中子束（根據德布羅意理論，這些基本粒子都具有波動性，參見條目波粒二象性），可以表現出和光波類似的性質）。晶體學家直接用輻射源的名字命名各種標定方法，如X射線衍射（常用英文縮寫XRD），中子衍射和電子衍射。

以上三種輻射源與晶體學試樣的作用方式有很大區別：X射線主要被原子（或離子）的最外層價電子所散射；電子由於帶負電，會與包括原子核和核外電子在內的整個空間電荷分布場發生相互作用；中子不帶電且質量較大，主要在與原子核發生碰撞時（碰撞的機率非常低）受到來自原子核的作用力；與此同時，由於中子自身的自旋磁矩不為零，它還會與原子（或離子）磁場相互作用。這三種不同的作用方式適應晶體學中不同方面的研究。

衍射

衍射（英語：diffraction），又稱繞射，是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象。

在經典物理學中，波在穿過狹縫、小孔或圓盤之類的障礙物後會發生不同程度的彎散傳播。假設將一個障礙物置放在光源和觀察屏之間，則會有光亮區域與陰暗區域出現於觀察屏，而且這些區域的邊界並不銳利，是一種明暗相間的複雜圖樣。這現象稱為衍射，當波在其傳播路徑上遇到障礙物時，都有可能發生這種現象。除此之外，當光波穿過折射率不均勻的介質時，或當聲波穿過聲阻抗不均勻的介質時，也會發生類似的效應。在一定條件下，不僅水波、光波能夠產生肉眼可見的衍射現象，其他類型的電磁波（例如X射線和無線電波等）也能夠發生衍射。由於原子尺度的實際物體具有類似波的性質，它們也會表現出衍射現象，可以通過量子力學進行研究其性質。

在適當情況下，任何波都具有衍射的固有性質。然而，不同情況中波發生衍射的程度有所不同。如果障礙物具有多個密集分布的孔隙，就會造成較為複雜的衍射強度分布圖樣。這是因為波的不同部分以不同的路徑傳播到觀察者的位置，發生波疊加而形成的現象。

衍射的形式論還可以用來描述有限波（量度為有限尺寸的波）在自由空間的傳播情況。例如，雷射束的發散性質、雷達天線的波束形狀以及超音波感測器的視野範圍都可以利用衍射方程來加以分析。

X光散射技術

X光散射技術或X射線衍射技術（英語：X-ray scattering techniques）是一系列常用的非破壞性分析技術，可用於揭示物質的晶體結構、化學組成以及物理性質。這些技術都是以觀測X射線穿過樣品後的散射強度為基礎，並根據散射角度、極化度和入射X光波長對實驗結果進行分析。X光散射技術可在許多不同的條件下進行分析，例如不同的溫度或壓力。

參見

• 衍射
• OPAL（Open Pool Australian Lightwater reactor）
• X光散射技術