14.1 Diffraction des neutrons
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associée au neutron incident ; le noyau se comporte comme un point et le facteur de
diffusion b 0 est indépendant de l’angle de diffraction. L’interaction neutron-noyau
se traduit par la formation d’un noyau instable qui se désexcite par émission d’un
neutron. Pour certaines énergies, il peut y avoir un effet de résonance et le facteur de
diffusion peut être négatif (H
1
, Ti
48
, Mn
55 ) ou peut comporter une partie imaginaire
(Cd
113 ). Le calcul des facteurs de diffusion est complexe et les valeurs utilisées sont
des valeurs empiriques.
La section efficace est fonction de la configuration du noyau. Elle n’est pas liée au
numéro atomique Z de l’atome et elle est très sensible à la configuration isotopique
du noyau. Les amplitudes de diffraction des neutrons et des rayons X (pour u = 0)
sont comparées pour quelques éléments dans le tableau 14.I. (unités en 10
−12 cm).
Tableau 14.1 Coefficients de diffusion des rayons X et des neutrons.
Élément
Z
b
Neutrons
f (u = 0)
Rayons X
H 1
1
−0, 38
0,28
H 2
1
0,65
0,28
O
8
0,58
2,25
Si
14
0,40
3,95
Fe 54
26
0,42
7,30
Fe 56
26
1,01
7,30
Fe 57
26
0,23
7,30
Pb
82
0,96
23,1
Le moment magnétique nucléaire I du noyau peut influer sur le facteur de diffusion des neutrons. Le spin du neutron peut se coupler avec I en mode parallèle ou
antiparallèle pour donner un spin total J = I ± ½ et des facteurs de diffusion b
+ et
b
−
. Il y a au total {2(I + ½) + 1} + {2(I − ½) + 1} = 2(2I + 1) états possibles dont la
fraction v
+
=
2(I + ½) + 1
2(2I + 1)
=
I + 1
2I + 1
pour les spins parallèles avec un facteur b
+ et
la fraction v
−
=
2(I − ½) + 1
2(2I + 1)
=
I
2I + 1
pour les spins antiparallèles avec un facteur
b
−
. Le facteur de diffusion b M = v
+
· b
+ + v
−
· b
− donne la contribution cohérente
des moments nucléaires.
Les atomes qui possèdent un moment magnétique lié à la présence d’électrons non
appariés interagissent avec le moment magnétique du neutron et donne une diffusion
additionnelle qui est fonction de sin u/l.
Les facteurs de diffusion nucléaires et magnétiques ont des ordres de grandeurs
comparables. Dans le calcul des valeurs des facteurs de diffusion, il faut tenir compte
des abondances isotopiques des noyaux de l’échantillon.
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associée au neutron incident ; le noyau se comporte comme un point et le facteur de
diffusion b 0 est indépendant de l’angle de diffraction. L’interaction neutron-noyau
se traduit par la formation d’un noyau instable qui se désexcite par émission d’un
neutron. Pour certaines énergies, il peut y avoir un effet de résonance et le facteur de
diffusion peut être négatif (H
1
, Ti
48
, Mn
55 ) ou peut comporter une partie imaginaire
(Cd
113 ). Le calcul des facteurs de diffusion est complexe et les valeurs utilisées sont
des valeurs empiriques.
La section efficace est fonction de la configuration du noyau. Elle n’est pas liée au
numéro atomique Z de l’atome et elle est très sensible à la configuration isotopique
du noyau. Les amplitudes de diffraction des neutrons et des rayons X (pour u = 0)
sont comparées pour quelques éléments dans le tableau 14.I. (unités en 10
−12 cm).
Tableau 14.1 Coefficients de diffusion des rayons X et des neutrons.
Élément
Z
b
Neutrons
f (u = 0)
Rayons X
H 1
1
−0, 38
0,28
H 2
1
0,65
0,28
O
8
0,58
2,25
Si
14
0,40
3,95
Fe 54
26
0,42
7,30
Fe 56
26
1,01
7,30
Fe 57
26
0,23
7,30
Pb
82
0,96
23,1
Le moment magnétique nucléaire I du noyau peut influer sur le facteur de diffusion des neutrons. Le spin du neutron peut se coupler avec I en mode parallèle ou
antiparallèle pour donner un spin total J = I ± ½ et des facteurs de diffusion b
+ et
b
−
. Il y a au total {2(I + ½) + 1} + {2(I − ½) + 1} = 2(2I + 1) états possibles dont la
fraction v
+
=
2(I + ½) + 1
2(2I + 1)
=
I + 1
2I + 1
pour les spins parallèles avec un facteur b
+ et
la fraction v
−
=
2(I − ½) + 1
2(2I + 1)
=
I
2I + 1
pour les spins antiparallèles avec un facteur
b
−
. Le facteur de diffusion b M = v
+
· b
+ + v
−
· b
− donne la contribution cohérente
des moments nucléaires.
Les atomes qui possèdent un moment magnétique lié à la présence d’électrons non
appariés interagissent avec le moment magnétique du neutron et donne une diffusion
additionnelle qui est fonction de sin u/l.
Les facteurs de diffusion nucléaires et magnétiques ont des ordres de grandeurs
comparables. Dans le calcul des valeurs des facteurs de diffusion, il faut tenir compte
des abondances isotopiques des noyaux de l’échantillon.