中子衍射与x射线衍射的异同

问题描述

精选答案

中子衍射的原理与X射线衍射相同，中子通过晶体会发生衍射现象，散射波会在某些特定的散射角（满足布拉格方程2 dsinθ = n λ）形成干涉加强，即形成衍射峰。衍射峰的位置和强度与晶体中原子的位置、排列方式和种类密切相关。对于磁性物质而言，衍射峰的位置和强度还和原子的磁矩大小、方向和排列方式有关。

与X射线衍射相比，中子衍射具有以下优点：

①深穿透。中子是电中性粒子，具有远高于常规X射线与电子的穿透深度，易于开展极端条件下（高低温、高压和强磁场）物质结构和动态的研究；②“辨识”核素。X射线散射长度与电子数成正比关系，而中子散射长度则与原子序数Z无关, 且对轻原子也灵敏，因而中子特别适合于区分元素的同位素、确定点阵中轻元素的位置和邻近元素的位置；③磁性探针。中子具有磁矩，能与原子磁矩相互作用而产生中子特有的磁衍射，通过对磁衍射的分析可以定出磁性材料点阵中磁性原子的磁矩大小和取向，因而中子衍射是研究磁结构的主要手段。

中子衍射的主要缺点是需要特殊的强中子源，并且由于源强不足而常需较大的样品量和较长的数据收集时间。随着中子源与大面积位置灵敏探测器技术的发展，上述缺点已得到显著改善。