РАСЧЁТ ИНТЕНСИВНОСТИ ПОТОКОВ НЕЙТРОНОВ
ПРИ ДИФРАКЦИИ ЛАУЭ В СИЛЬНОПОГЛОЩАЮЩИХ КРИСТАЛЛАХ

 

А.Я.Дзюблик, В.В.Михайловский, В.Ю.Спивак

 

  Институт ядерных исследований НАН Украины, Киев, Украина

 

Рассеяние нейтронов является одним из самых мощных инструментов исследования кристаллической структуры твёрдых тел и их магнитных свойств. При прохождении нейтронов через толстые мишени, где многократное рассеяние нейтронов атомами кристалла становится существенным, для интерпретации экспериментальных данных необходимо использовать динамическую теорию рассеяния, которая это многократное рассеяние учитывает. Мы проанализировали дифракцию Лауэ расходящихся нейтронных пучков в сильнопоглощающих кристаллах. В типичных экспериментах по дифракции Лауэ падающие волны нейтронов сначала проходят узкую щель и только потом проникают в кристалл, где вследствие отражения от кристаллических плоскостей разбиваются на две волны: на преломлённую волну, направление которой после выхода из кристалла совпадает с направлением падающего пучка нейтронов, и дифрагированную волну, направление которой соответствует направлению отражённой от кристаллических плоскостей волны. Они перемещаются внутри кристалла в пределах области, ограниченной так называемым треугольником Бормана. Теория динамического рассеяния предсказывает, что  распределение интенсивности пучка на выходе из кристалла (вдоль основания треугольника Бормана) осциллирует вследствие обмена энергией и интерференции между этими волнами. Эта же интерференция обеспечивает также хорошо известный маятниковый эффект.

Мы построили общую теорию дифракции Лауэ нейтронов с малой энергией, испускаемых из узкой входной щели, в идеальных кристаллах. Учтено резонансное рассеяние нейтронов на ядрах, которое обеспечивает принципиально новый характер аномального поглощения нейтронов. Нами получены аналитические выражения для распределения интенсивностей преломлённых и дифрагированных пучков нейтронов, рассчитанные в окрестности изолированного резонанса, для различных значений расстройки резонанса. Они напоминают картины рентгеновской оптики: вдали от резонанса, где кристалл поглощает слабо, интенсивность дифрагированного луча сильно возрастает на границах треугольника Бормана, а преломлённый луч в основном концентрируется в прямом направлении. В то же время при приближении к резонансу, когда поглощение возрастает, оба пучка сконцентрированы в основном в центре треугольника Бормана. Другими словами, если имеет место сильное поглощение, нейтроны движутся внутри кристалла в основном вдоль отражающих плоскостей, а не по тем направлениям, по которым они входят и выходят. В то время как в слабопоглощающем кристалле интерференционная структура вдоль задней поверхности кристалла проявляется весьма явно, она становится смазанной в случае сильного поглощения.

Мы надеемся, что наша теория может быть использована для точного определения длин ядерного рассеяния и параметров нейтронных резонансов в экспериментах по дифракции, аналогичных исследованиям Шалла. Она также может быть полезна для планирования других нейтронно-оптических экспериментов.