Метод рассеяния очень холодных нейтронов

С.П. Кузнецов1), А.Д. Перекрестенко2)

1)Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

2)Институт ядерных исследований РАН

Очень холодные нейтроны (ОХН), обладая длинами волн в диапазоне

4,0 нм <l <100нм и энергиями 10-8 эВ <Е<10-4 эВ , эффективно и на большие углы рассеиваются на неоднородностях ядерно-оптического потенциала

U=(4p h 2/m)N0b. Здесь m – масса нейтрона, N0 – плотность ядер в см3, b- амплитуда когерентного рассеяния на ядрах вещества. ОХН также эффективно отражаются от поверхностей образцов и плоскостей упорядоченных надмолекулярных структур при выполнении условий l >l 0sinq и l =2d sinq соответственно, где l 0 – граничная длина волны вещества, d максимальное межплоскостное расстояние свехструктуры, q - угол скольжения. Таким образом, рассеяние, отражение и дифракция ОХН могут быть использованы для изучения надмолекулярной структуры (НМС) вещества находящегося в конденсированном состоянии, а также структуры поверхностей включая скрытые поверхности раздела фаз. Применение ОХН ограничено их малой долей в спектре реактора. Тем не менее, в ФИАН им. П.Н. Лебедева был создан спектрометр ОХН и разработаны методики позволяющие определять такие параметры НМС как средние размеры, форма и концентрация, распределение по размерам элементов НМС различной природы включая магнитную. Эти параметры можно получить из зависимостей сечений рассеяния ОХН от длины волны полученных в экспериментах по пропусканию. В экспериментах по отражению ОХН наблюдались дифракционные пики от упорядоченной НМС блок-сополимеров и лиотропных жидких кристаллов, что дало возможность определить размеры межплоскостных расстояний и областей упорядоченности сверх решеток а также тип решетки и форму рассеивателя. В экспериментах по отражению ОХН от образца кремний/полидейтероэтилен/полиэтилен (Si/PDE/PE), полученного путем последовательной полимеризации дейтероэтилена и этилена на поверхности монокристалла кремния предварительно активированной катализатором, получены зависимости коэффициента отражения ОХН от поверхностей Si/PDE и PE/PDE. Показано, что структура PDE вблизи подложки более упорядочена из-за корпоративного роста макромолекул в начальной стадии синтеза. Структура PDE вдали от подложки представляет собой обычную аморфно-кристаллическую структуру полиэтилена в блоке. В экспериментах по пропусканию обнаружены микро преципитаты кислорода в монокристаллах кремния, полученных по методу Чохральского и определены их средние размеры и концентрация, обнаружены магнитные неоднородности в намагниченных до насыщения образцах железа и никеля. Исследована надмолекулярная структура большого �оличества сополимеров, реакторных смесей и композиционных материалов на основе полиолефинов, что дало возможность разработать методики получения новых материалов с измененными макросвойствами. Показано, что рассеяние ОХН является эффективным методом исследования надмолекулярной структуры включая нано структуру вещества находящегося в конденсированном состоянии.

Кузнецов Сергей Павлович, ведущий научный сотрудник Нейтронно-физического отдела Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, к.ф.-м.н.

Тел. 1326674, ckuz@sci.lebedev.ry