DIFRACCIÓN DE NEUTRONES

ESTRUCTURA Y PROPIEDADES DE LOS MATERIALESEXPOSITOR: NATALY ARRIETA SANDOVAL

AGOSTO 2015

Para que …..

Algo de historia…

Max Von Laue (1879, 1960)

1912 método de medición la longitud de onda λ de los rayos X.

Rayos X son ondas electromagnéticas de naturaleza análoga a los rayos luminosos.

λ 10 a 0.01 nm

λ en el orden interatómico de red cristalina

CRISTALOGRAFIA

W.H. and W.L. Bragg

1913 Desarrollo de técnica de Difracción de Rayos X.

Lo Rayos X son difractados por un material con estructura atómica periódica.

Ley de Bragg

Difracción en cristales

Requisitos:• Que el espaciado entre

capas sea aproximadamente el mismo que la longitud de onda de la radiación.

• Que los centros de dispersión estén distribuidos en el espacio de un manera regular.

1927 Demostración de la difracción de electrones.

Electrones interaccionando tanto con el núcleo y electrones que lo rodean. En solidos ordenados.

1932 Descubre el Neutrón.

James Chadwick

Carga eléctrica =0 Momento magnético ≠0

1946 Establecieron los principios básicos de la técnica de difracción de Neutrones.

Carga eléctrica =0 …. VENTAJAInteractúan con los núcleos atómicos y no son vistos por los electrones de las capas (en una excepción). Es la diferencia entre DE y DRX.

Excelente para analizar átomos ligeros en presencia de átomos pesados e isotopos.

http://mnrc.ucdavis.edu/radiography.html

Fuentes de neutrones

Reactor Nuclear

Es el proceso en el cual un núcleo pesado emite un gran número de neutrones al ser golpeado por una partícula altamente energética (usando un acelerador de partícula Sincrotrón).

Espalación

Funcionamiento Técnicas

Espectrómetro de triple eje

CAMARA DE

FISION

Cilindro lleno de

BF3 gaseoso,

enriquecido con B10

Algunos tipos de detectores= - Contador proporcional de gas o camara de ionizacion - Detectores de centelleo - Detectores de semiconductores

Como se detecta un neutrón???Necesitamos producir algo medible…

Señales eléctricas

Reacciones nucleares para ¨convertir neutrones¨ en partículas cargadas

n + 10B 7Li + 4He + particulas α (energia~2.5 MeV)

Instrumental Methods of Chemical Analysis Dr. B. K. Sharma

Ionizan el gas produciendo pulsos eléctricos

Información

Espectrómetro de Tiempo de vuelo (time of flight)

Estudio de la estructura magnética

Número cuántico de spin electrónico (ms). Puede tomar dos valores ms = +1/2, -1/2Este número describe el campo magnético que genera un electrón cuando rota sobre si mismo.

Electrones desapareados

Un electrón desapareado tiene un momento angular de espín neto y puede tener un momento angular orbital, que dan lugar a un momento magnético

Neutrones son difractados por la red ordenada de núcleos atómicos, el espín del neutrón es

difractado por la red de espines ordenadas de la muestra.

De las posiciones de los nuevos picos magnéticos se puede determinar la celda unidad magnética, de las intensidades de los picos magnéticos se puede obtener la estructura magnética, es decir el orden espacial de los vectores momentos magnéticos que están localizados sobre los átomos metálicos con pares de electrones desapareados.

Tensiones residuales

Aplicaciones

http://www.isis.stfc.ac.uk/

More information: "Crystal structure of human tooth enamel studied by neutron diffraction." Bachir Ouladdiaf et al 2015 Mater. Res. Express 2 025401. DOI: 10.1088/2053-1591/2/2/025401 

Ciencia médica

Polímeros (grandes cadenas conteniendo átomos ligeros H, C)

Desarrollo de aleaciones (cambiando su estructura cristalina, se cambia sus propiedades magneticas)

Baterías de litio Determinación de isotopos