中子衍射(卷名：物理学)
neutron diffraction
通常指德布罗意波长为 10-8厘米左右的中子（热中子）通过晶态物质时发生的布喇格衍射。在目前，中子衍射方法是研究物质结构的重要手段之一（见晶体结构分析）。中子衍射的基本原理和X射线衍射十分相似，其不同之处在于：①X射线是与电子相互作用，因而它在原子上的散射强度与原子序数Z成正比，而中子是与原子核相互作用，它在不同原子核上的散射强度不是随Z值单调变化的函数，这样，中子就特别适合于确定点阵中轻元素的位置(X射线灵敏度不足)和Z值邻近元素的位置（X 射线不易分辨）；②对同一元素，中子能区别不同的同位素，这使得中子衍射在某些方面，特别在利用氢-氘的差别来标记、研究有机分子方面有其特殊的优越性；③中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁结构的极为重要的手段；④一般说来中子比X 射线具有高得多的穿透性，因而也更适用于需用厚容器的高低温、高压等条件下的结构研究。中子衍射的主要缺点是需要特殊的强中子源，并且由于源强不足而常需较大的样品和较长的数据收集时间。
中子衍射设备也与X 射线衍射相似(图1):由核反应堆孔道中引出的热中子束通过准直器射到单色器上，经单晶反射获得单一波长的中子入射到样品上，然后由绕样品旋转的中子探测器在各个角度测定衍射束的强度，再通过与X 射线衍射相类似的数据处理求得点阵不同位置上的核密度分布。在实验技术上与传统方法稍有差别的还有利用不同波长的中子具有不同速度(能量)这一原理建立的飞行时间衍射法，主要用在加速器等强脉冲中子源上(图2)。
中子衍射主要应用于：①在晶体结构方面，首先是轻元素的定位工作。例如各种无机碳、氢、氧化物、NaH、TiH、ZrH、HfH、PdH、WC、MoC、ThC、UC、PbO、BaSO4、SnO2等结构中轻元素的位置，主要都是靠中子衍射定出的，近期以来已经扩展到有机分子方面如氨基酸、维生素B12，以至肌红蛋白等较复杂大分子的结构研究；对近邻元素研究方面，可以举出对3d过渡族合金Fe-Co、Fe-Co-V、Fe-Cr、Ni-Mn、Ni-Cr等样品有序度的研究，这也是用X 射线很难作的；②磁结构方面，用中子衍射研究磁结构最早的工作是液氮温度下MnO的反铁磁结构探讨，确定了Mn原子在(111)面内近邻的磁矩方向相反。20世纪50年代曾对许多反铁磁体如FeO、NiO、CoO、α-Fe2O3等进行了中子衍射研究，对尖晶石型铁氧体如Fe3O4、MnFe2O4及石榴石型铁氧体如Y3Fe5O12等也作了测量，证明了L.-E.F.奈耳提出的磁结构模型是正确的。50年代末首先在MnO2中发现螺旋磁结构，继后在稀土及其合金中发现了各种各样螺旋磁结构，近年来还在一些反铁磁体中发现非共线反铁磁结构，此外还用中子衍射方法研究了晶胞中各晶位的磁矩大小、磁电子密度分布、磁畴结构等。当然，中子衍射也被应用于结构相变、择优取向、晶体形貌、位错缺陷研究及非晶态等其他方面。
参考书目
星埜祯男著：《中性子回折》，共立出版，東京，1976。