Nötron saçılması

Nötron saçılması, maddedeki nötronların düzensiz bir şekilde dağılmasıdır. Doğal olarak fiziksel yollarla oluşabildiği gibi, insan yapımı deneysel tekniklerin sonucunda da gözlemlenebilir. Clifford Shull ve Bertram N. Brockhouse tarafından bulunmuştur. Shull ve Brockhouse bu çalışmalarıyla 1994 yılında Nobel ödülüne layık görülmüşlerdir.

Oluşumu

Nötron saçılması, nötronların atom çekirdeği ve eşleşmemiş elektronların magnetik alanı ile etkileşiminden kaynaklanır. Genel olarak elastik, elastik olmayan saçılma olarak ikiye ayrılır.

Elastik nötron saçılması

Ana madde: Nötron kırınımı

Yapıları analiz etmek için kullanılır. Elastik saçılmada gönderilen nötron ile yayılan nötron aynı enerjiye sahiptir, enerji kaybı olmamaktadır.

Elastik olmayan nötron saçılması

Atomik titreşimleri ve atomdaki diğer uyarımları tespit etmek için kullanılır. Elastik olmayan saçılmalarda gönderilen nötronun enerjisinde azalma ya da artma meydana gelmektedir.

Eğer gelen nötron vektörünün büyüklüğü yayılan nötron vektörünün büyüklüğünden fazlaysa, numune ve nötron arasındaki enerji transferi sırasında nötron enerji kaybetmiştir. Benzer şekilde, eğer gelen nötron vektörünün büyüklüğü yayılan nötron vektörünün büyüklüğünden az ise nötron enerji kazanmıştır.

İzotoplar

Her element, hatta her izotop, özgül nötron saçılma uzunluğuna sahiptir. Bu özellik nötron saçılmasına çok büyük üstünlük sağlamaktadır çünkü hidrojen gibi hafif elementlerin daha ağır elementler varlığında bile görülebilmesini sağlar. Nötron saçılma uzunluğu, çekirdek-nötron etkileşimleri tarafından belirlenir ve aynı elementin iki izotopunda bu değer farklılık gösterebilir. İzotopların bu özelliğinden yaralanılarak karmaşık sistemdeki bir molekülün istenilen kısımları gözlemlenebilir.

Zıt işaretli nötron saçılma uzunluğuna sahip oldukları için en çok hidrojen ve onun izotopu döteryum kullanılmaktadır. Bu özellik sayesinde bir moleküldeki hidrojen atomlarının yeri kesin olarak tespit edilebilmektedir.

Nötron saçılması ve Raman spektroskopisi

Nötron saçılması da raman spektroskopisi gibi bir titreşimsel spektroskopi tekniğidir. Fakat başlıca farklılıklar gösterirler:

• Raman spektroskopisinde fotonlar öncelikler elektronlarla etkileşirken, nötron saçılmasında çekirdekle etkileşim vardır. Etkileşimin kuvveti, çekirdek çeşidine bağlıdır.
• Oda sıcaklığında bir enerjiye sahip nötronların dalga boyu 0.2 nm den azdır. Raman spektroskopisinde kullanılan elektromagnetik dalga görünür ya da yakın morötesi bölgesindedir, yani, dalga boyu nötronlarınkinden çok daha fazladır.