Динамическая дифракция нейтронов
Базовым инструментом для нейтронографических исследований являлся расположенный на реакторе МИФИ многокристальный нейтронный дифрактометр на совершенных кристаллах [1 ‑ 3]. Принципиальная схема дифрактометра ИТЭФ-МИФИ показана на рис. 1. БДМ –– блок двойного монохроматора; 1, 2 –– первый и второй кристаллы в этом блоке; 3 –– кристалл-образец (угол α определяет угловое положение кристалла, в случае α = 0 кристаллы 2 и 3 параллельны); 4 –– кристалл анализатор (угол φ определяет угловое положение кристалла, в случае φ = 0 кристалл-анализатор установлен параллельно кристаллу-монохроматору 2).
Рис. 1. Принципиальная схема трехкристального дифрактометра.
Монохроматизация пучка нейтронов осуществляется с помощью блока сдвоенного монохроматора — двух монокристаллов германия, установленных в геометрии Брэгга параллельно друг другу. Испытав два последовательных отражения, монохроматический пучок распространяется вдоль направления первичного пучка, сформированного соллеровским коллиматором. Изменение длины волны нейтронов оставляет направление монохроматического пучка неизменным, что упрощает кинематическую схему дифрактометра.
Особенностями прибора стали уникальные низкие для приборов такого класса фоновые условия, долговременная стабильность положения кристаллов. Конструкция УНД установки допускает разнообразие экспериментальных схем — двух-, трех и четырехкристальные, а использование в БДМ кристаллов различного совершенства позволило проводить измерения в широком диапазоне углов — от долей угловой секунды до десятков минут. Такие характеристики прибора позволили получить результаты в нескольких сферах нейтрон-дифракционных исследований.
На дифрактометре было впервые наблюдено аномальное пропускание нейтронов (аналог эффекта Бормана) в слабо поглощающем кристалле Ge [4]. Ранее считали, что в таких кристаллах этот эффект наблюдать практически невозможно. Уникальной особенностью установки, позволившей поставить опыт стало наличие двух одновременно действующих трактов детектирования. Полученный результат ярко виден на рис. 2. Здесь под полной интенсивностью понимается сумма интенсивностей отраженный и прошедших нейтронных пучков, одновременное измерение которых и явилось тем методом, который позволил наблюдать эффект.
Рис. 2. Угловая зависимость полной интенсивности нейтронов. Сплошная линия — результат теоретического расчета, штриховая — сглаженная опытная кривая, Δ — экспериментальные точки.
Другим, может быть, самым ярким явлением, которое удалось наблюдать при изучении динамической дифракции нейтронов, было обнаружение динамических эффектов в диффузном рассеянии нейтронов на малодислокационном германии [5, 6]. Речь идет о диффузном рассеянии вблизи брэгговского пика когерентного рассеяния, когда отклонение от брэгговского направления составляет примерно 10″–20″. Диффузное рассеяние (известное в оптике рентгеновских лучей как хуанговское диффузное рассеяние) образует пик, который, как ореол, окружает брэгговский пик. В нейтронной оптике хуанговское рассеяние нейтронов было обнаружено впервые.
Впервые было экспериментально доказано, что в почти совершенных кристаллах действительно имеет место взаимодействие когерентных и диффузных нейтронных волн, но полное теоретическое объяснение этих результатов еще отсутствует. Отметим, что попытка обнаружения на тех же самых образцах аналогичных явлений в диффузном рассеянии рентгеновских лучей оказалась неудачной, так как оно было слишком слабым.
Литература.
1. Ю.Г. Абов, Ф.Г. Кулиджанов, Н.О. Елютин, С.Н. Низовой, Спектрометр с высоким угловым разрешением и двойной монохроматизацией нейтронного пучка. ПТЭ, №4, 52 (1984).
2. Елютин Н.О., Смирнов Ю.И., Львов Д.В., Тюлюсов А.Н. Исследование неоднородностей структуры материалов с помощью нейтронного двухкристального спектрометра по методике Warren. ПТЭ. 2007. № 4. С. 5.
3. Ю.Г. Абов, Н.О. Елютин, Д.С. Денисов и др., Универсальный нейтронный дифрактометр с двухкристальным монохроматором. ПТЭ, №6, 67 (1994).
4. N.O. Elyutin, Yu.I. Smirnov, A.N. Tyulyusov, Observation of the effect of anomalous neutron transmission by a perfect Ge single crystal cut out for use in Bragg geometry. Cryst. Rep., 49(S1), s55 (2004).
5. Ю. Г. Абов, А. О. Эйдлин, Д. С. Денисов и др., Динамические эффекты в диффузном рассеянии нейтронов на малодислокационном германии. ЖЭТФ, 104, 4072 (1993).
6. Ю. Г. Абов, А. О. Эйдлин, Д. С. Денисов и др., Наблюдение динамических эффектов в диффузном рассеянии нейтронов методом трехкристального спектрометра. Письма в ЖЭТФ, 63, 237 (1996).