manbet手机版1994年10月12日

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manbet手机版一半给教授manbet手机版Clifford g . Shullmanbet手机版麻省理工学院，剑桥，马萨诸塞州，美国manbet手机版中子衍射技术的发展

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manbet手机版大多数人都知道x射线法和显微镜法可以用来详细研究物体。manbet手机版尽管有改进，但这些方法并不总是足够的。manbet手机版现在获得奖励的研究人员已经开发出中子散射技术，这是分析固体和流体(凝聚态)物质的强大方法。manbet手机版这些技术是在相对简单、功率不太大的核反应堆中开发出来的，第二次世界大战后不久，研究人员就可以使用这些反应堆了。manbet手机版在法国、英国和美国，连续不断的发展导致了今天专门为凝聚态研究而建造的大型装置，还有更多的装置正在计划中。

manbet手机版这两种方法都是基于利用从核反应堆流出的中子。manbet手机版当中子与被研究的样品中的原子弹跳(被原子散射)时，它们的manbet手机版方向manbet手机版变化取决于原子的相对位置。manbet手机版这显示了原子之间是如何排列的，也就是样品的结构。manbet手机版中子的变化manbet手机版速度,manbet手机版然而，给出原子运动的信息，例如它们的个体和集体振荡，这就是它们的动力学。manbet手机版简而言之,manbet手机版克利福德·g·Shullmanbet手机版帮助回答了原子“在哪里”和manbet手机版伯特伦n Brockhousemanbet手机版原子“做什么”的问题。

manbet手机版中子散射技术被应用于许多不同的领域，如研究新型陶瓷超导体、催化排气清洗、聚合物的弹性性质和病毒结构。

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manbet手机版Brockhouse和Shull早在20世纪40年代和50年代就对美国和加拿大的第一批核反应堆做出了开创性的贡献。manbet手机版中子散射技术自此有了很大的发展，在过去几年中，中子越来越多地被用于研究固体和流体物质的结构(排列)和动力学(运动)。manbet手机版研究人员的数量现在估计有几千人，他们在世界各地的许多中子散射装置进行密集的研究。manbet手机版位于法国格勒诺布尔的Laue-Langevin研究所的高通量反应堆是20世纪70年代初欧洲大型研究工厂的一个例子(最近进行了升级)。manbet手机版这里的研究包括新型陶瓷超导体的结构和动力学(manbet手机版1987年诺贝尔奖manbet手机版to Bednorz和Müller)、与催化尾气清洗相关的表面分子运动、病毒的结构及其如何抵御脱水、聚合物有序结构和非有序结构之间的联系及其弹性性质(manbet手机版1991年诺贝尔奖manbet手机版德坚涅)。manbet手机版为希望使用该装置的研究人员提供的手册描述了不少于16个用于研究结构的仪器和14个用于研究动力学的仪器。

manbet手机版在英国的卢瑟福阿普尔顿实验室(Rutherford Appleton Laboratory)，一个基于加速器的中子源(ISIS)也是出于类似的目的而建造的。在美国国家科学技术研究所(NIST)，有一个1990年版的格勒诺布尔装置。manbet手机版现在计划在欧洲、美国和亚洲开设新的、非常先进的设施。manbet手机版人们希望利用这些技术获得新的基础知识，同时也开发技术应用(计算机内存)和环境应用(污染化学)。

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manbet手机版这幅插图显示了研究反应堆的中子如何被用于
manbet手机版研究结构和动力学。

manbet手机版在manbet手机版图片左边的部分manbet手机版中子束首先在晶体中反射。manbet手机版由于中子的波动性质——所有运动粒子的特征——以及晶体原子的严格规则排列，在某个方向反射的中子将有一个确定的波长(布拉格条件)。manbet手机版将晶体设置在合适的角度，可以选择一定的中子波长。manbet手机版然后这些“单色化”的中子照射待研究的样品。manbet手机版由于中子是电中性的，它们有很强的穿透力，因此可以搜索整个样品。manbet手机版大多数中子离开样品时能量不变(弹性散射)，并倾向于某些方向(衍射)。manbet手机版通过在可旋转探测器中计数中子，得到了显示样品中原子相对位置的衍射图样。manbet手机版正是为了发展这种中子散射技术的变体manbet手机版克利福德·g·Shullmanbet手机版被授予诺贝尔奖。manbet手机版他展示了如何用中子来确定一种材料的原子结构。

manbet手机版的manbet手机版图片的右边部分manbet手机版展示了布罗克豪斯使用的基本原理。manbet手机版来自反应堆的中子首先被一个可绕轴(1)旋转的晶体单色化。当中子穿过可绕轴(2)旋转的样品时，它们可以启动或消除样品原子中的振荡。manbet手机版这些所有原子共同参与的运动被称为声子。manbet手机版如果中子设法创造(激发)声子，它们本身就会失去能量(非弹性散射)。manbet手机版当中子离开样品后，它们的能量在晶体中进行分析，晶体可以绕第三个轴转动(3)，最后在探测器中进行计数。manbet手机版使用这种类型的仪器——三轴光谱仪——移动，manbet手机版动态manbet手机版可以研究一种材料或一种晶体。manbet手机版正是因为凝聚态中子光谱学技术的发展manbet手机版伯特伦n Brockhousemanbet手机版被授予诺贝尔奖。

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manbet手机版在第二次世界大战结束时，美国的研究人员获得了大的中子通量，即使是相对中等的核反应堆也能产生这种通量。manbet手机版十多年来，中子一直被认为是原子核的组成部分(manbet手机版查德威克获诺贝尔奖manbet手机版1935年因他们的发现获奖)。manbet手机版恩里科·费米在1942年证明，铀核裂变产生的中子可以支持受控的链式反应。manbet手机版他在早些时候做出了重要的发现，即慢中子或热中子比快中子表现出更大的反应倾向(该发现获得了诺贝尔奖)manbet手机版1938年费米manbet手机版)．manbet手机版正是这些慢中子的特殊性质使它们适合于探测原子的位置和运动。manbet手机版甚至在核反应堆进入研究领域之前，使用简单中子源的结果已经表明，中子束可以用于研究固体和液体。manbet手机版然而，在实现这些可能性之前，还有许多困难需要克服。

manbet手机版在美国橡树岭的核反应堆，已故的e.o.沃兰成立了一个工作组，研究发展中子束和用于确定结构的仪器的可能性。manbet手机版克利福德·舒尔很早就与这个组织联系在一起，很快就扮演了重要角色。manbet手机版其他地方也有类似的努力，但最有目的性的是沃兰-舒尔小组，以及后来舒尔与其他研究人员的合作，他们以惊人的速度取得了成果。manbet手机版Shull对简单晶体的研究为解释现代中子晶体学家所分析的非常复杂的结构奠定了基础。

manbet手机版氢原子在哪里?
manbet手机版氢是生物物质中最常见的元素之一。manbet手机版它也存在于许多技术上重要的无机物中。manbet手机版用早期的x射线衍射方法，氢在这些结构中的定位实际上是不可能的manbet手机版冯·劳厄manbet手机版而且manbet手机版在布拉格manbet手机版这对父子在1914-1915年都获得了诺贝尔奖)，因为氢原子发出的x射线辐射几乎不引人注意。manbet手机版(x射线束对着衍射原子中的电子散射，而氢原子只有一个电子)。manbet手机版与此相反，氢原子的原子核，质子，构成了一个非常有效的中子散射中心，因此它的位置可以用中子衍射来确定。manbet手机版通过第一次成功的实验，舒尔开辟了一个非常广阔的领域，用来研究氢是如何与冰、金属氢化物和有机化合物结合的。

manbet手机版磁结构
manbet手机版中子是小磁铁，磁性物质的原子也是小磁铁。manbet手机版当中子束击中这种材料时，中子可以通过与材料原子的磁相互作用改变方向。manbet手机版这就产生了一种新的中子衍射(前面描述的中子衍射是基于中子与原子核的相互作用)，它可以用来研究小原子磁体的相对方向。manbet手机版在这方面，x射线法也是无能为力的，在这一应用领域，中子衍射从此占据了完全的主导地位。manbet手机版很难想象如果没有这种帮助，现代磁学研究将会怎样。

manbet手机版一个新的突破
manbet手机版当Shull正在开发基于弹性散射中子衍射的中子散射技术时，加拿大Chalk River研究反应堆的Brockhouse主要专注于非弹性散射。manbet手机版他设计了前面提到的三轴光谱仪，并开发了研究中子被散射后的能谱的方法。manbet手机版这需要对中子性质的深刻了解和非凡的创造力。manbet手机版只有在布罗克豪斯的贡献下，非弹性中子散射才成为凝聚态物理学的有用工具。manbet手机版中子再次被证明具有独特的散射特性，这是因为它们的能量与固体和流体物质中的声子的能量具有相同的数量级。manbet手机版在1955年至1960年的繁忙时期，布罗克豪斯的开创性工作在中子光谱学领域是无人能及的。manbet手机版这使得这项技术在许多方面发展成为一种独特的信息来源，彻底改变了我们绘制原子动力学图的能力，例如晶体中的原子振动、液体中的扩散运动和磁性材料的波动。manbet手机版这些信息正积极有助于阐明固体中原子相互结合的力，以及诸如从固体到流体的转变的力。

manbet手机版声子和磁振子
manbet手机版宏观物质中原子的数量非常大，在固体和流体中产生了丰富的运动类型。manbet手机版例如，在晶体振荡中，能量和波长之间的联系被称为声子色散关系，是一个复杂的函数。manbet手机版然而，色散曲线的形状是晶体的特征，绘制这一曲线可以提供有关材料性质的有价值的信息。manbet手机版早在1955年，布罗克豪斯和A.T.斯图尔特就报告了铝晶体中声子的研究结果，他们第一次确定了铝晶体中声子的实验测量色散曲线。

manbet手机版在磁性物质的晶体中，例如磁铁矿，原子元素磁体之间会发生一种集体波运动。manbet手机版这种波运动可以由中子激发，布罗克豪斯是第一个研究和测量这种波运动的基本激发的色散曲线的人，称为马诺子。

manbet手机版Non-ordered运动
manbet手机版对于流体和熔体中的无序运动，就像磁铁一样，已故的L. Van Hove在20世纪50年代初提出了一种关于原子的某种排列的记忆如何随着时间逐渐消失的理论。manbet手机版中子使跟踪原子结构随时间的变化成为可能。manbet手机版布罗克豪斯是第一个通过实验证明这些“相关”或“记忆”函数是如何通过中子散射在实验中确定的，在其他物质中，包括H2O(水)和D2O(重水)。manbet手机版以同样的方式，他的液态铅实验为其他人提供了效仿的榜样。

manbet手机版这样的实验为液体和一般的无序系统理论的蓬勃发展提供了起点。manbet手机版晶格动力学和扩散等现象通过这些以及后续的研究贡献而复兴。

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