Neutronenbeugung

◆ Neu|tro|nen|beu|gung 〈f. 20; unz.; Kernphys.〉 Interferenz- u. Beugungsvorgänge an Neutronenstrahlen

◆ Die Buchstabenfolge neu|tr... kann in Fremdwörtern auch neut|r... getrennt werden.

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Neu|t|ro|nen|beu|gung; Syn.: Neutronendiffraktometrie: die methodisch zu ↑ Kristallstrukturanalysen nutzbare, an Atomkernen eintretende ↑ Beugung von Neutronenstrahlen. Auf unelastische Neutronenstreuung hingegen geht nicht nur die Wirkung von bestimmten Elementen als ↑ Moderatoren zurück, sondern auch die ↑ INS (2) als spezif. Oberflächenanalysenmethode.

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Neutronenbeugung,

 

Neutronendiffraktion, 1936 von W. Elsasser nachgewiesene Beugung langsamer Neutronen an der Kristallstruktur von Festkörpern, die durch den Welle-Teilchen-Dualismus erklärt wird und den Wellencharakter des Neutrons demonstriert (Materiewellen). Die Wellenlänge thermischer Neutronen mit der Energie von rd. 25 meV hat mit 0,1 nm etwa die Größe des Abstands der Gitterpunkte im Kristall. Die Neutronenbeugung kann daher wie Röntgenstrahlung zur Strukturaufklärung genutzt werden. Seit Forschungsreaktoren als intensive Neutronenquellen verfügbar sind, wurde die Neutronenbeugung zu einer wichtigen analytischen Methode für die Materialforschung, Festkörperphysik, Kernphysik, Chemie und Biologie entwickelt, mit der neben der geometrischen Anordnung der Atome und Moleküle in Festkörpern, Flüssigkeiten, Biopolymeren u. a. auch die Dynamik von Diffusionsbewegungen und thermischen Schwingungen der Bausteine untersucht werden kann. Zur Messung der Neutronenbeugung dient ein Neutronendiffraktometer, in dem der Neutronenstrahl aus dem Reaktor zunächst, z. B. durch Bragg-Reflexion an einem Kristall, monochromatisiert (Neutronenspektrometer) und dann als feines Bündel auf die Probe gelenkt wird. Die Energie- und Winkelverteilung der gebeugten Neutronen wird mit vielen Detektoren hinter der Probe vermessen und in einem Computer zur Strukturbestimmung ausgewertet. Aus den Energieverlusten können Frequenzen und Wellenlängen der in der Probe angeregten Schwingungen berechnet und Rückschlüsse auf die Bindungskräfte gewonnen werden. Vorteile gegenüber der Röntgenstrukturanalyse sind: 1) Die unterschiedliche Stärke der Wechselwirkung der Neutronen mit verschiedenen Isotopen eines Kerns erlaubt die Ausmessung von Isotopenverteilungen und wird u. a. zur Lokalisierung von Wasserstoff in Polymeren genutzt. 2) Da Neutronen keine elektrische Ladung haben, wechselwirken sie mit den Elektronen der Atomhülle nicht über elektrische Kräfte, sondern nur über magnetische Dipolkräfte. Daher können mit Neutronen dicke Proben untersucht werden. Gleichzeitig stellen sie eine sehr empfindliche Sonde zur Aufklärung des magnetischen Verhaltens der Materie dar. - Die Genauigkeit der Neutronenbeugung wird durch die Intensität der gestreuten Neutronen und damit vom verfügbaren Neutronenfluss begrenzt. (Spallationsneutronenquelle)

 

Literatur:

 

Neutron diffraction, hg. v. H. Dachs (Berlin 1978);

 J. M. Cowley: Diffraction physics (Amsterdam ³1995).