关于热中子非d性散射介绍

[拼音]：rezhongzi feitanxing sanshe

[外文]：thermal neutron inelastic scattering

能量在几百到几毫电子伏范围的热中子入射到各种物质上发生能量改变的散射效应。热中子对大多数物质都具有良好的穿透性，它的动能同处在一般温度下物质内部分子或原子的振动、转动、扩散等运动的能量相近，可以通过热中子在这些原子、分子上的一次散射后所发生的能量变化情况来得到它们的运动情况，热中子非d性散射技术就是从中子在样品中非d性散射的情况，即测定入射到样品上和离开样品后的中子注量率、能量和方位等，经过一定的数据处理获得物质内部动态信息的技术。而由于中子束还兼具粒子流的特点，中子本身不带电荷，具有磁矩，对同位素灵敏，因而同X 射线、红外线、超声波技术等手段相比，热中子非d性散射技术常常能测定一些用这类“常规”技术测不到的数据，从而得到人们的重视。60年代以来，随着强中子源（反应堆、加速）的发展，这一技术获得了很大的进展。目前已形成了一个比较成熟的边缘学科，它的应用涉及固体物理、磁学、化学、冶金等许多领域。

测量方法大体分两种，一种是利用中子衍射方法从连续性中子源(反应堆)获得单能中子入射到样品上，并通过同样方法来分析散射后的中子能量分布，这就是通常所谓的三轴谱仪；另一种是引用核技术中的飞行时间方法，利用飞行时间技术获得和分析入射、出射中子的能量，这就是通称的飞行时间谱仪。它除了可以配合适当的设备用于连续性中子源外，还适用于强的脉冲中子源，因而具有较好的发展前景。

在发展的初期，中子非d性散射主要用于点阵动力学研究，首先是利用非d性相干散射测定晶体样品整个布里渊区内的声子色散关系，从而获得点阵原子间相互作用力的资料。目前仍在大量进行这方面的工作，但多半已同另一些专题(例如软模相变、超导声子谱软化等)相联系；随着中子源强度和实验技术的改善，目前也开始将此方法应用于某些较复杂的系统(如聚合物和液晶)的研究。同声子色散工作相类似的是利用中子和磁性原子之间的非d性相互作用测定磁性材料的自旋波色散关系，为研究原子间的磁相互作用提供了重要信息，在利用中子非相干散射上，利用热中子非d性散射技术可以测定各种媒质的声子谱，它也是这方面的主要工作之一。

在动态性能方面，非d性散射还非常适合于测定液体或者某些材料（例如金属氢化物、超离子导体等）中离子的扩散运动过程，它们在实验上通常也称为准d性散射研究。

在不考虑散射中子的动量改变而仅观察其能量变化的情况下，热中子非d性散射技术近似于喇曼谱学，但由于中子和物质的作用和电磁波不同，中子技术往往由于不受喇曼和红外跃迁禁戒律的限制而观察到更多的谱线，它在分子谱学、化学和材料研究上都很有用。

热中子非d性散射技术的主要缺点是设备庞大和源强度弱，因而常需较大的样品，较长的测量时间和相对高的费用。

参考书目

1. G. L. Squires，Introduction to the Theory of Thermal Neutron Scattering， Cambridge Univ. Press， London， 1978.