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中子散射有什么用途它有怎样的工作原理_2

2019-11-03 19:55:26

我看题主是凝聚态方向的,应该是想利用中子散射技术研究物质结构和动力学性质吧。博士正好也在做一些材料相关的东西,由于本科没有太多涉及到这个方向,这里复习本科常识顺便讲一下我所了解的权当抛砖引玉吧。中子的历史查德威克(JamesChadwick)在1932年发现中子。他通过用α粒子轰击铍,再用铍产生的射线轰击氢、氮,结果打出了氢核和氮核。由于γ射线不具备将从原子中打出质子所需要的动量,他断定这种射线不可能是γ射线。他用仪器测量了被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出了这种新粒子的质量。他认为,只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子差不多的中性粒子,才能说明。因这种粒子不带电,所以称为中子。费米(EnricoFermi)因发现用中子产生新的放射性元素和开展慢中子核反应的研究工作,获得了1938年度诺贝尔物理学奖。慢中子的发现为后来研究重核裂变的链式反应和原子核反应堆的理论设计奠定了基础。哈恩(OttoHahn)和斯特拉斯曼(FritzStrassmann)1938年进行了中子撞击铀的实验,发现了中子诱发铀裂变。1942年,费米领导了世界上第一座原子核反应堆的建设和试验工作,并研究使链式反应变为连续、缓慢、可控的核反应,使核能平缓地释放出来。12月2日,在美国芝加哥体育场的看台下(左图),世界上第一座用石墨作减速剂的原子核反应堆竣工落成。原子核反应堆能可控地放出大量的能量,人类从此进入了核能时代。芝加哥一号堆1945年7月16日,由美国研制的世界上第一颗原子弹爆炸成功。8月6日,美国就在日本广岛投下了第一枚军用原子弹,一座繁荣的城市在一刹那间被全部毁灭,成了烟雾弥漫的废墟。三天以后,即8月9日,美国在日本的另一个城市长崎投下了第二颗原子弹。核弹“小男孩”和“胖子”沙尔(CliffordGlenwoodShull)1946年用中子衍射研究磁性材料。沙尔用中子衍射技术显示氢原子在晶体中的位置,可以更全面地了解许多无机和有机物质的晶体结构。沙尔研究了中子磁矩与顺磁物质中原子磁矩发生的散射,推动了磁结晶学的发展。他还研究了极化慢中子辐射的应用,发明了中子干涉系统,为研究中子与物质之间相互作用而产生的各种基本效应提供了极其灵敏的工具。布罗克豪斯(BertramNivilleBrockhouse)1955年用中子散射研究晶格动力学。他致力于中子非弹性散射技术的研究,在原有的单轴和二轴中子谱仪的基础上设计了三轴谱仪,得到了广泛的应用,已经成为研究凝聚态物理的基本工具。中子散射的用途研究磁结构2.分辨出轻元素和同位素3.原位研究工程大试样中子照相:火药检测中子照相:文物的制造工艺4.探测原子动态过程能量动量关系中子的探测由于中子不带电,不能直接引起探测介质的电离、激发,所以探测中子很困难,只能通过它与其他物质的反冲核、核反应产物核、裂变碎片及活化等次级效应进行探测。目前,对于热中子最高效的方法是利用下面探测方式这里质子和氚都会被正比计数器探测到并计数。另一种方法是利用探测器中的产生带电离子进行探测。探测器的电子计数原理是中子散射谱仪:弹性散射谱仪和非弹性散射谱仪弹性散射:中子在晶体中依旧会发生类似XRD原理的布拉格散射非弹性散射:最常见的三轴谱仪对于中子散射的探测的具体细节,我就不清楚了,你可以看一下瑞士散裂中子源使用的实验设备,不同散射情况对应的探测原理都不尽相同。瑞士散裂中子源(SINQ)SINQ的实验设备衍射HRPT高分辨粉末衍射仪(热中子)DMC高强度粉末衍射仪(冷中子)TriCS四圆单晶衍射仪(热中子)POLDI应变仪:多脉冲衍射仪(热中子)ORION两轴衍射仪(冷中子)小角散射SANS-I小角中子散射摄影仪40米(冷中子)SANS-II小角中子散射摄影仪12米(冷中子,PSI-Ris?合作)反射仪AMOR多用反射仪(冷中子)MORPHEUS两轴中子衍射仪与反射仪(冷中子)NARZISS偏振中子反射仪飞行时间谱仪FOCUS分行时间谱仪(冷中子)三轴光谱仪Rita-II三轴光谱仪(冷中子,PSI-Ris?合作)TASP三轴光谱仪(偏振冷中子)背散射谱仪MARS(*)高分辨飞行时间背散射谱仪(冷中子)非衍射及其它用途仪器NEUTRA中子射线照相设备(热中子)ICON冷中子射线照相设备BOA中子光学及其它相近束线PNA同位素生产(热中子)NAA中子活化分析(热中子)GJA裂变产物气流(热中子)投影仪EIGER高强度宽能区热中子三轴谱仪参考资料:21世纪科学前沿的重要研究平台--散裂中子源----中国科学院高能物理研究所HeinzMaier-Leibnitz中子研究中心瑞士散裂中子源(SINQ)

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