Özcan BIRGI

Nötronların ve Elektronların Katılardan Saçılması

Nötronların

İçerik

1932, Nötron J. Chadwick tarafından keşfedildi,1936, W. Elsasser nötronların kristallerden

saçılabileceği fikrini ortaya attı,1936, F. Bloch manyetik moment ile nötron saçılımının

yoğun maddelere uygulanabileceğini önerdi,1940 ve 1950’lerde yüksek akılı nötron reaktörleri

A.B.D. ve Kanada’ya kuruldu,1948-1955 yılları arasında E. Wollan ve C. Shull

modern nötron kırınımı üzerine pek çok çalışma yaptı,1952, B. Brockhouse ilk 3 yöne hareket edebilen

spektrometre kurdu,

Tarihsel Süreç

Neden Nötronlar?

Avantajları

Eksiklikleri

Yüksüz,Elektrik dipol momenti oluşturmazlar,Spinleri 1/2Kısa erim nükleer kuvvete sahip (10-15m)λthermal ~10-10m

Sızma DerinliğiÖrgü yapısının taranmasını sağlarManyetik yapının taranmasını sağlar

Özellikler

Zayıf saçınımDüşük yoğunluk (104 neutrons/mm2·s)

Kaynak !Dedektör !

Nötron KaynaklarıSürekli nötron akısı, fisyon reaktöründen elde

edilebilir. Eğer hedef malzeme uranyum ise o zaman her bir nötron 30 kadar nötron çıkarır. Yayınlanan nötronların enerjileri tipik olarak 1 MeV’dir ve bu katılarda saçılma çalışmaları için çok büyüktür. Yavaşlatıcı olarak politen levha kullanılır ve deneye uygun enerji dağılımlı nötronlar elde etmek için, levhanın kalınlığı değiştirilir.

235U= 141Xe+ 93Sr+2n

Hızlı Nötronlar: >1 eV, 0.1 MeV yada 1 MeV Yavaş Nötronlar: ≤0.4 eV. Epitermal : 0.025 eV ~ 1 eV. Sıcak Nötronlar : ~0.2 eV. Termal Nötronlar: ~0.025 eV. Soğuk Nötronlar: 5x10-5 eV ~0.025 eV. Çok Soğuk Nötronlar: 3x10-7 eV ~5x10-5 eV. Ultra Soğuk Nötronlar: ~3x10-7 eV. Sürekli Bölge Nötronları: 0.01 MeV ~25 MeV. Rezonans Bölgesi Nötronları :1 eV ~0.01 MeV. Düşük Enerji Bölgesi Nötronları: <1 eV

Nötron DedektörleriNötronlar yüklü parçacık değildir, bunun için doğrudan

algılanmaları zordur. Alçak enerjili nötronlar nükleer reaksiyonlara neden

olabilirler ve yüksek enerjili iyonlar ı oluştururlar, böylece algılanmaları mümkün kılınır.

Yüksek tesir kesitine sahip (2100x10-28 m 2, 1 angstrom dalga boylu nötronlar için) böyle bir reaksiyon kütle numarası 10 olan bor izotopu ile meydana gelir.

10B+n= 7Li+ 4He+2.3 MeV

Nötronların Enerjilerinin Ölçülmesi

Uçuş Zamanı Yöntemi

Kristal Monokromatörler

Puls Kaynağı

Örnek

Sayaç

2θL

Uçuş-zamanı yöntemi

t=L/v=MnL/P=λMn L/h

Kristal monokromatörlerNötronların enerji

ayırımı saptamanın bir diğer yolu uygun yönlendirilmiş bir kristalden Bragg yansımasıdır.

Bu teknik için monokromatör ve çözümleyici 3-eksenli spektrometre kullanılır.

Etkileşim Mekanizması

Nötronların atomlarla etkileşmesi 2 şekilde olur; Nötronlar çok kısa erimlerde atom çekirdeğiyle etkileşir,

(~fm) Nötronlar manyetik dipol etkileşimler dolayısıyla

elektronlarla etkileşirler.

Nötronların Saçılması

Nükleer SaçılmaManyetik Saçılma

İnelastik SaçılmaElastik Saçılma

Nötron Kırınımı

Küçük Açılı Nötron

Saçılması

Yüzeyden Yansıma

Q: Saçılma Vektorü2θ: Saçılma Açılması

Nötron

Örnek

Saçılma I(Q, E)

Tek KristalPolikristal Toz

Koherent

Saçılma

İnkoherent

Saçılma

Elastik

Inelastik

Denge Durumunda Örgü Yapısı

Fononlar

Elastik

İnelastik

İstenmeyen

background

Atomick Difüzyon

Q: Manyetik saçılmayı, nükleer saçılmadan nasıl

ayırt edeceğiz?

Nükleer ve Manyetik Saçılma Arasındaki Farklarİki saçılma genellikle farklı dalga vektöründe

meydana gelir,Nükleer saçılma sıcaklık bağımlı değilken,

manyetik saçılma sıcaklık bağımlıdır,

Nötron

Örnek

Saçılma I(Q, E)

Koherent

Saçılma

Inkoherent

saçılma

Elastik

Inelastik

Denge Durumunda Örgü Yapısı

Fononlar

Elastik

Inelastik

İstenmeyen

background

Atomik difüzyon

Q: Manyetik saçılmayı, nükleer saçılmadan nasıl

ayırt edeceğiz?

Q: Q’yu nasıl

ölçeriz?

Dalga Vektörü Nasıl Ölçülür?

Reaktor kaynağı Pulsed source

Monokromator (Toz Kırınımı) Üç yönlü

spektrometre (Inelastik Saçılma)

Time of flight tekniği

A triple-axis spectrometer, Institute Laue Langevin -

Grenoble, France

Toz kırınımıBragg Yasası:

2dSinθ = nλ

Qd

SinQ

2

4

Pratikte,