Физический энциклопедический словарь - нейтронная оптика

Показатель преломления n для нейтронов на границе вакуум — среда равен: n=/1=v1/v, где 1, v1 — длина волны и скорость нейтрона в среде, , v — в вакууме. Если ввести усреднённый по объёму в-ва потенциал U вз-ствия нейтрона с ядрами, то кннетич. энергия ξ1 нейтрона в среде равна: ξ1=ξ-U, где ξ — кинетич. энергия нейтрона в вакууме. Потенциал U связан со св-вами среды: U=h²Nb/m, где N — число ядер в ед. объёма, b — когерентная длина рассеяния нейтронов ядрами. Отсюда

n² =ξ1/ξ=1-h²Nb/m²v²=1-n²/v², (1)

где величина v0=h/m(Nb/) наз. граничной скоростью. Для большинства ядер b>0, поэтому U>0, ξ1<ξ, n<1. Нейтроны с v<v0 имеют ξ<U и не могут проникнуть в среду. Такие нейтроны полностью отражаются от её поверхности (ультрахолодные нейтроны). В этом случае возможно создание сосудов для продолжит. хранения нейтронов. Для большинства в-в v0~неск. м/с (напр., для Cu v0=5,7 м/с). Для небольшого числа ядер (¹Н, ⁷Li, ⁴⁸Ti, ⁵³Mn, ⁶²Ni и др.) b<0, U<0 и граничная скорость не существует. При v>v0 полное отражение возможно лишь в том случае, если нормальная к границе среды компонента скорости нейтрона vн<0. Угол скольжения  при этом должен удовлетворять условию: sin <sinкр=v0/v, где кр— т. н. критич. угол. С ростом скорости нейтронов n1, а кр0, напр. для тепловых нейтронов в меди v= 2200м/с; (1-n)=3,3•10^-6;кр=8,9'. Учёт поглощения и рассеяния нейтронов в среде приводит к комплексному показателю преломления:

n²=(1-v²0/v²) + i²/v²=(n'+in")², (2)

где ²=hNv/2m,  — эфф. сечение всех процессов, приводящих к ослаблению нейтронного пучка, n' и n" — действительная и мнимая части показателя преломления. Для ультрахолодных нейтронов (v<v0)n' <n", и их отражение аналогично отражению света от металлов (см. Металла оптика). Для в-в с b<0 n²>1 и Н. о. аналогична световой оптике диэлектриков. В частности, углы падения и преломления нейтронного пучка связаны Снелля законом преломления.

Учёт внешних магн. и гравитац. полей приводит к выражению для показателя преломления:

где знаки ± соответствуют двум возможным ориентациям магн. момента  нейтрона относительно вектора магн. индукции В (т. е. двум возможным поляризациям нейтрона), g — ускорение свободного падения, H — высота. Аналогичное выражение описывает преломление света в средах с плавно меняющимся показателем преломления (рефракцию). Из двузначности третьего слагаемого, чувствительного

453

к поляризации нейтронов, следует, что, выбрав подходящий материал для отражающего зеркала, магн. поле и угол скольжения, можно создать устройство, в к-ром полное отражение испытывают только нейтроны одной поляризации (-). Такие устройства используются в кач-ве поляризаторов и анализаторов нейтронов (см. Поляризованные нейтроны).

Если нейтроны взаимодействуют только с магн. полем, то:

n²=l ± 2B/mv². (4)

При этом для нейтронов с v²<2B/m создаются условия для полного отражения от границы объёма, содержащего магн. поле. В неоднородных полях grad B0 возможна рефракция нейтронных пучков. Двузначность ф-лы (4) означает существование в магн. поле разных показателей преломления для нейтронов разл. поляризация, что аналогично двойному лучепреломлению света. Это же явление в Н. о. можно наблюдать без магн. поля в средах, содержащих поляризов. ядра (см. Ориентированные ядра) — ядерный п с е в д о м а г н е т и з м. Двойное лучепреломление имеет место, когда яд. амплитуда рассеяния зависит от направления спина нейтрона.

Дифракция нейтронов во многом подобна дифракции рентгеновских лучей. Осн. отличия связаны с тем, что нейтроны рассеиваются ядрами и магн. внутрикристаллическими, полями. Это облегчает исследование ат, структуры кристаллов в ситуациях, практически недоступных для рентг. лучей (см. Нейтронография).

• Франк И. М., Некоторые новые аспекты нейтронной оптики, «Природа», 1972, № 9, См. также лит. при ст. Нейтронная физика.

Ю. М. Останевич,