Նեյտրոնային սպեկրոսկոպիա

Նեյտրոնային սպեկրոսկոպիա, նեյտրոնային սպեկտրաչափություն, միջուկային ֆիզիկայի բաժին, որն ուսումնասիրում է ատոմային միջուկների հետ նեյտրոնների փոխազդեցության էֆեկտիվ լայնական կտրվածքի կախումը նեյտրոնների էներգիայից։ Նեյտրոնային սպեկրոսկոպիայի հիմնական խնդիրը նեյտրոնների անընդհատ էներգետիկ սպեկտրից որոշակի էներգիայով նեյտրոնների առանձնացումն է։ Վերջինս կարող է լինել տարածական, երբ տրված ուղղությամբ թռչում են մոնոէներգետիկ նեյտրոններ (մեխանիկական մոնոքրոմատորի մեթոդ) կամ ժամանակային, երբ տվյալ ուղղությամբ միաժամանակ թռչող տարբեր էներգիայի նեյտրոնները տարածության տվյալ կետ են հասնում տարբեր ժամանակներում։ Նեյտրոնների այսպիսի ժամանակային անջատումը կոչվում է ժամանակային թռիչքի մեթոդ, որն առավել արդյունավետ է, երբ նեյտրոնների գրանցման ժամանակամիջոցը փոքր է թռիչքի տևողությունից։
Արագագործ (
  
    
      
        ⩽
        
          10
          
            −
            12
          
        
      
    
    {\displaystyle \leqslant 10^{-12}}
   վրկ) գրանցող սարքերի օգտագործումը թույլ տվեց այդ մեթոդը կիրառել ռելյատիվիստական մասնիկների տիրույթի համար՝ նեյտրոնների էներգիաները որոշելու նպատակով։ Նշված մեթոդներից բացի, նեյտրոնային սպեկրոսկոպիայում նեյտրոնների մոնոէներգետիկ փունջ ստանալու համար օգտվում են միջուկային որոշ ռեակցիաներից և ֆոտոնեյտրոնների աղբյուրից։ Միջուկների հետ դանդաղ նեյտրոնների փոխազդեցության կտրվածքի բնութագրական հատկությունը նեյտրոնային ռեզոնանսների (որոշակի էներգիայի դեպքում նեյտրոնների ցրման և կլանման կտրուկ աճը՝ 
  
    
      
        10
        −
        
          10
          
            5
          
        
      
    
    {\displaystyle 10-10^{5}}
   անգամ) առկայությունն է։ Նեյտրոնների կլանումից առաջացած բաղադրյալ միջուկը գտնվում է գրգռված վիճակում և ապրում շատ կարճ՝ 
  
    
      
        ∼
        
          10
          
            −
            15
          
        
      
    
    {\displaystyle \sim 10^{-15}}
   վրկ։
Դրգռված միջուկը տրոհվում է՝ առաքելով նեյտրոններ, 7-քվանտներ, ավելի հազվադեպ՝ a-մասնիկներ և պրոտոններ, իսկ որոշ ծանր տարրերի միջուկներ ճեղքվում են։ Տրոհման հավանականությունները բնորոշվում են ռեզոնանսային լայնություններով՝ 
  
    
      
        
          Γ
          
            n
          
        
        ,
        
          Γ
          
            y
          
        
        ,
        
          Γ
          
            a
          
        
        ,
        
          Γ
          
            p
          
        
        ,
        
          Γ
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle \Gamma _{n},\Gamma _{y},\Gamma _{a},\Gamma _{p},\Gamma _{1}}
  ։ Դրանք որպես պարամետրեր մտնում են Բրեյտ-Վիգների բանաձևի մեջ, որը նկարագրում է նեյտրոնների և միջուկների փոխազդեցության էֆեկտիվ կտրվածքի կախումը նեյտրոնների էներգիայից (Е)՝ ռեզոնանսային էներգիային (Е0) մոտ տիրույթում։ i-տիպի տրոհման համար Բրեյտ-Վիգների բանաձևն ունի 
  
    
      
        π
        
          λ
          
            2
          
        
        g
        
          
            
              
                Γ
                
                  n
                
              
              
                Γ
                
                  1
                
              
            
            
              (
              E
              −
              
                E
                
                  0
                
              
              
                )
                
                  2
                
              
              
                
                  
                    Γ
                    
                      2
                    
                  
                  4
                
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle \pi \lambda ^{2}g{\frac {\Gamma _{n}\Gamma _{1}}{(E-E_{0})^{2}{\frac {\Gamma ^{2}}{4}}}}}
   տեսքը, որտեղ 
  
    
      
        λ
      
    
    {\displaystyle \lambda }
  -ն նեյտրոնի դը բրոյլյան ալիքի երկարությունն է, 
  
    
      
        g
      
    
    {\displaystyle g}
  -ն՝ վիճակագրական ֆակտորը՝ կախված սկզբնական միջուկի, բաղադրյալ միջուկի և նեյտրոնի սպիններից, 
  
    
      
        
          Γ
          
            1
          
        
      
    
    {\displaystyle \Gamma _{1}}
  -ն ՝ 
  
    
      
        i
      
    
    {\displaystyle i}
  - տիպի պրոցեսի պարցիալ լայնությունը, որը հավասար է ռեզոնանսային մաքսիմումի բարձրության կեսի լայնությանը, 
  
    
      
        Γ
      
    
    {\displaystyle \Gamma }
  -ն՝ լրիվ լայնությունը (
  
    
      
        Γ
        =
        
          Γ
          
            y
          
        
        +
        
          Γ
          
            n
          
        
        +
        .
        .
        .
      
    
    {\displaystyle \Gamma =\Gamma _{y}+\Gamma _{n}+...}
  )։ Էֆեկտիվ կտրվածքները չափում են նեյտրոնային սպեկտրաչափով, որը բաղկացած է մոնոէներգետիկ նեյտրոնների աղբյուրից (սահուն փոփոխվող էներգիայով) և նեյտրոնային դետեկտորից։ Նեյտրոնային սպեկրոսկոպիան թույլ է տալիս որոշել միջուկների գրգռված վիճակների էներգիաները, ռեզոնանսային լայնությունները, ինչպես նաև շարժման քանակի մոմենտներն ու զույգությունները, երբ օգտագործվում են նեյտրոնների բևեռացած փնջեր և բևեռացած միջուկ-թիրախներ։ Նեյտրոնային սպեկրոսկոպիայի տվյալները կարևոր են ինչպես միջուկային ֆիզիկայում, այնպես էլ ատոմային էներգետիկայի բնագավառում, աստղաֆիզիկայում, հեղուկների և պինդ նյութերի կառուցվածքային ուսումնասիրություններում։