Diffrazione neutronica: differenze tra le versioni

Versione delle 16:27, 4 dic 2013

Versione delle 16:47, 7 feb 2014

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Come tutte le [[particelle elementari]], i neutroni mostrano fenomeni ondulatori analoghi a quelli associati a luce e suono. Uno di questi fenomeni è la [[diffrazione]], che si ha quando un'onda incontra un ostacolo che ha dimensioni paragonabili alla [[lunghezza d'onda]]. Se la lunghezza d'onda associata ad una particella elementare è abbastanza piccola, anche atomi e nuclei sono ostacoli che possono provocare diffrazione. Quando un fascio di neutroni provenienti da un reattore viene rallentato in modo opportuno, si possono ottenere neutroni con lunghezza d'onda di circa un [[ångström]] (0,1 [[nanometro]]), che è la distanza che tipicamente separa gli atomi in un materiale solido. Un simile fascio di neutroni può quindi essere utilizzato per un esperimento di diffrazione, dato che colpendo un campione cristallino verrà disperso in un numero limitato di direzioni specifiche, rispettando la [[legge di Bragg]] come nel caso della diffrazione dei raggi X.

NeuroniNeutroni e raggi X interagiscono con la materia in modo differente. I raggi X interagiscono principalmente con la [[nuvola elettronica]] che circonda ogni atomo, e dunque atomi con [[numero atomico]] (Z) grande contribuiscono maggiormente alla figura di diffrazione. I neutroni, invece, interagiscono direttamente con il ''nucleo'' dell'atomo, e quindi il contributo alla figura di diffrazione dipende dall'[[isotopo]]; ad esempio, [[idrogeno]] e [[deuterio]] danno contributi differenti. Molto spesso atomi leggeri (con Z piccolo) contribuiscono notevolmente alla figura di diffrazione anche in presenza di atomi più pesanti (con Z grande). L'entità della dispersione non cambia in modo lineare col numero atomico, ma varia da isotopo a isotopo. Un elemento come il [[vanadio]] disperde fortemente i raggi X, ma il suo nucleo disperde ben poco i neutroni, e per questo motivo il vanadio viene spesso usato come materiale contenitore. La diffrazione neutronica non magnetica è direttamente influenzata dalla posizione dei nuclei degli atomi.

I neutroni sono dispersi principalmente dai nuclei degli atomi, che sono minuscoli rispetto alle dimensioni dell'atomo. Inoltre, non occorre considerare un fattore di forma atomico per descrivere la forma della nuvola elettronica dell'atomo, e la forza dispersiva di un atomo non cala con l'angolo di dispersione come succede con i raggi X. I diffrattogrammi mostrano di conseguenza picchi di diffrazione intensi e ben definiti anche ad alto angolo, specialmente se la misura viene fatta a bassa temperatura. Molte sorgenti di neutroni sono attrezzate con sistemi di raffreddamento a elio liquido per permettere l'acquisizione di dati a temperature fino a 4,2 K. L'alta risoluzione ottenibile permette di determinare con elevata precisione la posizione degli atomi nella struttura. <!-- On the other hand, Fourier maps (and to a lesser extent difference Fourier maps) derived from neutron data suffer from series termination errors, sometimes so much that the results are meaningless. -->