Longitud de dispersión de neutrones

Un neutrón puede pasar cerca de un núcleo con una probabilidad determinada por la distancia de interacción nuclear, o ser absorbido, o sufrir dispersión que puede ser coherente o incoherente. ^{[ 1 ]} Los efectos de interferencia en la dispersión coherente se pueden calcular mediante la longitud de dispersión coherente de neutrones, que es proporcional a la amplitud de las ondas dispersas esféricas según la teoría de Huygens-Fresnel . Esta longitud de dispersión varía según el isótopo (y según el elemento como la media aritmética ponderada sobre los isótopos constituyentes) de una manera que parece aleatoria, mientras que la longitud de dispersión de rayos X es simplemente el producto del número atómico y la longitud de dispersión de Thomson , por lo que aumenta monótonamente con el número atómico. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

La longitud de dispersión puede ser positiva o negativa. La sección transversal de dispersión es igual al cuadrado de la longitud de dispersión multiplicado por 4π, ^{[ 3 ]} es decir, el área de un círculo con un radio del doble de la longitud de dispersión. En algunos casos, como con el titanio y el níquel, es posible mezclar isótopos de un elemento cuyas longitudes tienen signos opuestos para obtener una longitud de dispersión neta de cero, en cuyo caso no se producirá dispersión coherente en absoluto, mientras que para el vanadio, los signos opuestos de las dos configuraciones de espín del único isótopo que se encuentra en la naturaleza dan una cancelación casi total. Sin embargo, los neutrones seguirán experimentando una fuerte dispersión incoherente en estos materiales. ^{[ 1 ]}

Hay una gran diferencia en la longitud de dispersión entre el protio ( ^1H ) (-0,374) y el deuterio ( ^2H ) (0,667). Al usar agua pesada como disolvente y/o deuteración selectiva de la molécula analizada (intercambiando el protio presente naturalmente por deuterio), esta diferencia puede aprovecharse para obtener imágenes de la configuración del hidrógeno en la materia orgánica, lo cual es casi imposible con rayos X debido a su baja sensibilidad al único electrón del hidrógeno. ^{[ 4 ]} Por otro lado, los estudios de dispersión de neutrones de muestras que contienen hidrógeno a menudo sufren de la fuerte dispersión incoherente del hidrógeno natural.

Se puede obtener información más completa del NIST ^{[ 8 ]} y del Instituto Atómico de Viena ^{[ 9 ] .}