近代現代天文學史

[拼音]：zhongzi yanshe

[英文]：neutron diffraction

通常指德布羅意波長為 10-8釐米左右的中子（熱中子）通過晶態物質時發生的布喇格衍射。在目前，中子衍射方法是研究物質結構的重要手段之一（見晶體結構分析）。中子衍射的基本原理和X射線衍射十分相似，其不同之處在於：

（1）X射線是與電子相互作用，因而它在原子上的散射強度與原子序數Z成正比，而中子是與原子核相互作用，它在不同原貯a href='http://www.baiven.com/baike/224/264738.html' target='_blank' >雍鬆系納⑸淝慷炔皇撬嫵I>Z值單調變化的函式，這樣，中子就特別適合於確定點陣中輕元素的位置(X射線靈敏度不足)和Z值鄰近元素的位置（X 射線不易分辨）；

（2）對同一元素，中子能區別不同的同位素，這使得中子衍射在某些方面，特別在利用氫-氘的差別來標記、研究有機分子方面有其特殊的優越性；

（3）中子具有磁矩，能與原子磁矩相互作用而產生中子特有的磁衍射，通過磁衍射的分析可以定出磁性材料點陣中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁結構的極為重要的手段；

（4）一般說來中子比X 射線具有高得多的穿透性，因而也更適用於需用厚容器的高低溫、高壓等條件下的結構研究。中子衍射的主要缺點是需要特殊的強中子源，並且由於源強不足而常需較大的樣品和較長的資料收集時間。

中子衍射裝置也與X 射線衍射相似(圖1):由核反應堆孔道中引出的熱中子束通過準直器射到單色器上，經單晶反射獲得單一波長的中子入射到樣品上，然後由繞樣品旋轉的中子探測器在各個角度測定衍射束的強度，再通過與X 射線衍射相類似的資料處理求得點陣不同位置上的核密度分佈。在實驗技術上與傳統方法稍有差別的還有利用不同波長的中子具有不同速度(能量)這一原理建立的飛行時間衍射法，主要用在加速器等強脈衝中子源上(圖2)。

中子衍射主要應用於：

（1）在晶體結構方面，首先是輕元素的定位工作。例如各種無機碳、氫、氧化物、NaH、TiH、ZrH、HfH、PdH、WC、MoC、ThC、UC、PbO、BaSO4、SnO2等結構中輕元素的位置，主要都是靠中子衍射定出的，近期以來已經擴充套件到有機分子方面如氨基酸、維生素B12，以至肌紅蛋白等較複雜大分子的結構研究；對近鄰元素研究方面，可以舉出對3d過渡族合金Fe-Co、Fe-Co-V、Fe-Cr、Ni-Mn、Ni-Cr等樣品有序度的研究，這也是用X 射線很難作的；

（2）磁結構方面，用中子衍射研究磁結構最早的工作是液氮溫度下MnO的反鐵磁結構探討，確定了Mn原子在(111)面內近鄰的磁矩方向相反。20世紀50年代曾對許多反鐵磁體如FeO、NiO、CoO、α-Fe2O3等進行了中子衍射研究，對尖晶石型鐵氧體如Fe3O4、MnFe2O4及石榴石型鐵氧體如Y3Fe5O12等也作了測量，證明了L.-E.F.奈耳提出的磁結構模型是正確的。50年代末首先在MnO2中發現螺旋磁結構，繼後在稀土及其合金中發現了各種各樣螺旋磁結構，近年來還在一些反鐵磁體中發現非共線反鐵磁結構，此外還用中子衍射方法研究了晶胞中各晶位的磁矩大小、磁電子密度分佈、磁疇結構等。當然，中子衍射也被應用於結構相變、擇優取向、晶體形貌、位錯缺陷研究及非晶態等其他方面。

參考書目

星埜禎男著：《中性子回折》，共立出版，東京，1976。