НЕЙТРОНОГРА́ФИЯ СТРУКТУ́РНАЯ

НЕЙТРОНОГРА́ФИЯ СТРУКТУ́РНАЯ, экс­пе­рим. ме­тод ис­сле­до­ва­ния атом­ной струк­ту­ры кон­ден­си­ров. сред с по­мо­щью уп­ру­го­го ко­ге­рент­но­го рас­сея­ния ней­тро­нов (ди­фрак­ции ней­тро­нов) низ­ких энер­гий (<0,5 эВ) на атом­ных яд­рах. Ме­тод ана­ло­ги­чен рент­ге­нов­ско­му струк­тур­но­му ана­ли­зу и, как пра­ви­ло, при­ме­ня­ет­ся по­сле не­го, что по­зво­ля­ет опус­тить на­чаль­ные эта­пы ана­ли­за струк­ту­ры ве­ще­ст­ва. Ам­пли­ту­да рас­сея­ния ней­тро­нов на яд­рах (в от­ли­чие от рас­сея­ния рент­ге­нов­ских лу­чей) не умень­ша­ет­ся с уве­ли­че­ни­ем пе­ре­дан­но­го при рас­сея­нии им­пуль­са и не­ре­гу­ляр­ным об­ра­зом за­ви­сит от мас­со­во­го чис­ла яд­ра и его за­ря­да. Эти свой­ст­ва оп­ре­де­ля­ют спе­цифи­ку ис­поль­зо­ва­ния ди­фрак­ции ней­тро­нов для струк­тур­но­го ана­ли­за. Н. с. по­зво­ля­ет на­дёж­нее и точ­нее, чем др. ме­то­ды, оп­ре­де­лять ко­ор­ди­на­ты лёг­ких ато­мов (в ча­ст­но­сти, ки­сло­ро­да в ок­си­дах и во­до­ро­да в гид­ри­дах и ор­га­нич. мо­ле­ку­лах), ис­сле­до­вать ве­ще­ст­ва, со­дер­жа­щие ато­мы с близ­ки­ми атом­ны­ми но­ме­ра­ми (напр., $\ce{Fe, Co}$ и $\ce{Ni}$ в спла­вах), ис­поль­зо­вать ме­тод изо­топ­но­го за­ме­ще­ния (как пра­ви­ло, во­до­ро­да на дей­те­рий) для кон­тра­сти­ро­ва­ния фраг­мен­тов струк­ту­ры, дос­ти­гать луч­ше­го про­стран­ст­вен­но­го раз­ре­ше­ния при вос­ста­нов­ле­нии струк­ту­ры мак­ро­мо­ле­кул. Осо­бен­но­стью рас­сея­ния ней­тро­нов на яд­рах яв­ля­ет­ся не­об­хо­ди­мость учё­та спи­но­вых со­стоя­ний и изо­топ­но­го со­ста­ва ан­самб­ля ядер, эк­ви­валент­ных в струк­тур­ном от­но­ше­нии.

В Н. с. ис­поль­зу­ют­ся ней­тро­ны, по­лу­чае­мые на ис­сле­до­ват. ней­трон­ных ис­точ­ни­ках. Осо­бен­но­сти по­ста­нов­ки экс­пе­ри­мен­та и кон­ст­рук­ций при­ме­няе­мых ней­трон­ных ди­фрак­то­мет­ров за­ви­сят от кон­крет­ной за­да­чи, ти­пов изу­чае­мо­го об­раз­ца и ней­трон­но­го ис­точ­ни­ка. При­ня­то вы­де­лять струк­тур­ные экс­пе­ри­мен­ты, вы­пол­няе­мые на мо­но­кри­стал­лах или по­ли­кри­стал­лах (тре­бую­щие, как пра­ви­ло, вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния), и экс­пе­ри­мен­ты, про­во­ди­мые в ре­аль­ном вре­ме­ни или с об­раз­ца­ми очень ма­ло­го объ­ё­ма (здесь важ­на вы­со­кая све­то­си­ла ди­фрак­то­мет­ра). Раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность ($Δd/d$, где $d$ – меж­пло­ско­ст­ное рас­стоя­ние в кри­стал­ле) луч­ших ней­трон­ных ди­фрак­то­мет­ров для ана­ли­за струк­ту­ры по­ликри­стал­лов со­став­ля­ет ок. 0,001, что по­зво­ля­ет оп­ре­де­лять меж­атом­ные рас­стоя­ния с точ­но­стью ок. 0,0001 нм. Ин­тен­сив­ные по­то­ки ней­тронов, соз­да­вае­мые совр. ис­точ­ни­ка­ми, и при­ме­не­ние де­тек­то­ров с боль­шим те­лес­ным уг­лом да­ют воз­мож­ность из­ме­рять ди­фрак­ци­он­ные спек­тры за 1 мин (а в бла­го­при­ят­ных слу­ча­ях – за 1 с) или про­во­дить экс­пе­ри­мен­ты на об­раз­цах объ­ё­мом ок. 0,1 мм³ (что тре­бу­ет­ся, напр., при ра­бо­те с ка­ме­ра­ми вы­со­ко­го дав­ле­ния).

К Н. с. при­ня­то от­но­сить так­же изу­че­ние струк­ту­ры ве­ществ, не об­ла­даю­щих даль­ним по­ряд­ком в рас­по­ло­же­нии ато­мов (аморф­ных тел и жид­ко­стей). В этом слу­чае оп­ре­де­ля­ет­ся кор­ре­ля­ци­он­ная функ­ция, ха­рак­те­ри­зую­щая ве­ро­ят­ность вза­им­но­го рас­по­ло­же­ния ато­мов. Спе­ци­фи­ка Н. с. в этом слу­чае про­яв­ля­ет­ся в воз­мож­но­сти оп­ре­де­ле­ния пар­ци­аль­ных кор­ре­ля­ци­он­ных функ­ций (ме­то­дом изо­топ­но­го за­ме­ще­ния).

При ис­поль­зо­ва­нии ста­цио­нар­но­го ис­точ­ни­ка ней­тро­нов (ре­ак­то­ра) для из­ме­ре­ния ди­фрак­ци­он­ных спек­тров при­ме­ня­ет­ся тра­диц. ме­то­ди­ка, ос­но­ван­ная на ре­ги­ст­ра­ции за­ви­си­мо­сти ин­тен­сив­но­сти рас­сея­ния от уг­ла рас­сея­ния хо­ро­шо кол­ли­ми­ро­ван­но­го мо­но­хро­ма­тич. пуч­ка (с энер­ги­ей ней­тро­нов ок. 0,02 эВ и дли­ной вол­ны де Брой­ля ок. 0,2 нм). Ре­ги­ст­ри­ру­ют­ся мак­си­му­мы рас­сея­ния, со­от­вет­ст­вую­щие Брэг­га – Вуль­фа ус­ло­вию для разл. кри­стал­ло­гра­фич. плос­ко­стей.

При ра­бо­те с им­пульс­ны­ми ис­точ­ни­ка­ми ис­поль­зу­ет­ся ме­тод вре­ме­ни про­лё­та (не имею­щий ана­ло­га в рент­ге­нов­ском ана­ли­зе), по­зво­ляю­щий ра­бо­тать при фик­си­ров. уг­ле рас­сея­ния и ис­поль­зо­вать по­ток ней­тро­нов в ши­ро­ком ин­тер­ва­ле длин волн (пре­им. от 0,05 до 1 нм). В этом ме­то­де воз­мож­на син­хро­ни­за­ция им­пуль­сов ней­тро­нов с внеш­ним по­лем (элек­трич. или маг­нит­ным), что по­зво­ля­ет изу­чать ки­не­ти­ку пе­ре­строй­ки струк­ту­ры под воз­дей­ст­ви­ем по­ля.

Пер­вые сис­те­ма­тич. экс­пе­ри­мен­ты с ис­поль­зо­ва­ни­ем Н. с. от­но­сят­ся к 1950-м гг., по­сколь­ку имен­но в это вре­мя бы­ли со­зда­ны пер­вые мощ­ные ядер­ные ре­ак­то­ры, слу­жив­шие ис­точ­ни­ка­ми ней­тро­нов для Н. с. В Рос­сии Н. с. раз­ви­ва­ет­ся в не­сколь­ких ис­сле­до­ва­тель­ских ядер­ных цен­трах, пре­ж­де все­го на ста­цио­нар­ных ре­ак­то­рах в Нац. ис­сле­до­ва­тель­ском цен­тре «Кур­ча­тов­ский ин­сти­тут» (Мо­ск­ва), Пе­терб. ин-те ядер­ной фи­зи­ки (Гат­чи­на) и на им­пульс­ном ре­ак­то­ре в Объ­е­ди­нён­ном ин-те ядер­ных ис­сле­до­ва­ний (Дуб­на).