Нейтроны находят широкое применение как в фундаментальной науке, так и в прикладных исследованиях материалов. Используемые методы исследований основаны на особых свойствах нейтрона:
- • отсутствие электрического заряда приводит к тому, что рассеяние нейтронов происходит на ядрах атомов – без взаимодействия с электронными оболочками, что обеспечивает высокую проникающую способность нейтронного излучения;
- • наличие магнитного момента дает возможность исследования микроскопической магнитной структуры объекта, включая магнитные флуктуации в материале;
- • используя наличие спина нейтрона можно изучать ориентацию спинов ядер в атомах;
- • энергия тепловых нейтронов имеет тот же порядок, что и энергия элементарных возбуждений. Это позволяет исследовать динамику и взаимодействие атомов среды, колебания молекул и магнитных моментов, решеточные и магнитные моды, критические флуктуации и т. д.;
- • длина волны нейтронов сравнима с межатомными расстояниями, что позволяет получать информацию о деталях структуры с размерами от 0.1 Ǻ до 10 мкм.
Эти свойства обеспечивают высокую эффективность использования нейтронного излучения для исследований в следующих направлениях.
Наноматериалы. Нейтронное излучение позволяет получать информацию о магнитной и молекулярной структуре наночастиц и нанокластеров, включая молекулярные магниты, эффективные катализаторы, фуллерены и металлофуллерены.
Водородная энергетика. Благодаря высокой чувствительности нейтронов к легким атомам (таким как водород) нейтронное излучение позволяет исследовать структуру водородных топливных элементов и их поведение при многократном использовании (циклировании).
Магнитная электроника. Наличие у нейтронов магнитного момента позволяет их использовать при исследовании магнитных материалов, сверхпроводников, магнеторезисторов и т.д.
Материаловедение. Высокая проникающая способность нейтронов дает возможность использовать нейтронное излучение для определения (без разрушения конструкций) упругих напряжений в деталях, обнаруживать дефекты на первой стадии их зарождения. Это особенно важно для конструкций, работающих в экстремальных условиях.
Биотехнологии. Зарядовая нейтральность нейтронов и их избирательная чувствительность к изотопному составу дают возможность локализовать атомы водорода (дейтерия), кислорода и углерода в органических молекулах белков и их биологически активных производных, что крайне важно при разработке лекарственных препаратов.
Более подробно с методами и их применением можно ознакомиться здесь:
1. Дифракция.
4. Рефлектометрия.
