Поляризованные нейтроны

Поляризованные нейтроны, совокупность нейтронов, спины которых имеют преимущественную ориентацию по отношению к какому-либо выделенному направлению в пространстве, обычно направлению магнитного поля. Т. к. нейтрон обладает спином ¹/₂, то в магнитном поле Н возможны 2 ориентации его спина: параллельно или антипараллельно Н. Нейтронный пучок поляризован, если он содержит разное количество N нейтронов со спинами, ориентированными вдоль (N₊) и против поля (N_-). Степень поляризации характеризуют величиной

P = (N₊ — N_-)/(N₊ + N_-).

  Впервые П. н. были получены при пропускании пучка нейтронов через намагниченную до насыщения железную пластину (метод предложен Ф. Блохом в 1936 и исследован Д. Юзом с сотрудниками в 1947, США). Нейтроны, спины которых параллельны направлению намагниченности ферромагнетика, сильнее рассеиваются и выбывают из пучка. В результате пучок нейтронов, прошедший через пластину, обогащается нейтронами со спинами, антипараллельными намагниченности. Метод требует сильных намагничивающих полей. В полях H ~10000 э наибольшая степень поляризации P = 0,6.

  Более эффективен дифракционный метод (разработан К. Шаллом, Е. Воланом и В. Колером, США, 1951), основанный на дифракции нейтронов от определённых плоскостей намагниченных ферромагнитных монокристаллов (см. Дифракция частиц), например сплава Со — Fe. Меняя величину намагниченности и семейства отражающих плоскостей кристалла, можно изменять амплитуду когерентного магнитного рассеяния от 0 до некоторой максимальной величины. Это означает, что для ферромагнитного монокристалла можно подобрать такое брэгговское отражение и величину намагниченности, чтобы ядерная b и магнитная f_m амплитуды оказались равными. Тогда для нейтронов со спином, антипараллельным направлению намагниченности, суммарная амплитуда рассеяния равна 0, т. е. под углом Брэгга отразится пучок нейтронов со спинами, параллельными намагниченности. Дифракционный метод позволяет получить монохроматический пучок П. н. тепловых и резонансных энергий (см. Медленные нейтроны) со степенью поляризации до 0,99.

  Часто для получения П. н. пользуются методом отражения нейтронов от намагниченных ферромагнитных зеркал (например, из Со). При определённых условиях полное отражение испытывают нейтроны со спинами, параллельными намагниченности ферромагнетика. Метод позволяет получить интенсивные отражённые поляризованные пучки нейтронов. Поляризатором нейтронов может служить также неоднородное магнитное поле. Пучок нейтронов, проходя через такое поле, расщепляется на 2 пучка, т.к. на нейтроны с двумя разными ориентациями спинов действуют противоположно направленные силы (см. Штерна — Герлаха опыт).

  Одним из методов получения П. н. является рассеяние нейтронов на ориентированных ядрах. Для этого нейтроны пропускают через поляризованную ядерную мишень. Амплитуда ядерного рассеяния зависит от ориентации спина нейтрона относительно спина ядра. Максимальное рассеяние соответствует параллельности спинов нейтрона и ядра, минимальное — их антипараллельности. Особенно эффективна мишень, содержащая ориентированные протоны. Т. к. сечение рассеяния медленных нейтронов на протонах не зависит от их энергии, то удаётся получить П. н. в интервале от 10^-2 эв до 10⁴—10⁵ эв. Впервые этот метод был осуществлен Ф. Л. Шапиро с сотрудниками в 1963. П. н. с энергией > 10⁶ эв образуются при рассеянии нейтронов на ядрах за счёт спин-орбитального взаимодействия.

  П. н. имеют многочисленные применения в ядерной физике как для исследования фундаментальных свойств взаимодействия нуклонов (несохранение чётности в ядерных силах, временная инвариантность ядерных взаимодействий, динамика (b-распада нейтрона), так и при изучении структуры ядра. В физике твёрдого тела П. н. позволяют исследовать конфигурацию неспаренных электронов в магнетиках (прецизионные измерения распределения неспаренных электронов атомов и ионов в кристаллической решётке привели в ряде случаев к обнаружению отклонений распределения заряда от сферически симметричного), измерить магнитные моменты отдельных компонент в сплавах, величину и знак амплитуд магнитного рассеяния и т.д., исследовать изменения поляризации нейтронов при их рассеянии, а также поворот плоскости поляризации в некоторых кристаллах (что облегчает расшифровку сложных магнитных структур). Неупругое рассеяние П. н. расширяет возможности исследования динамических свойств решётки магнитных кристаллов. П. н. применяются также при изучении фазовых переходов ферромагнетик — парамагнетик и т.д.

  Лит.: Власов Н. А., Нейтроны, 2 изд., М., 1971; Гуревич И. И., Тарасов Л. В., физика нейтронов низших энергий, М., 1965; Абов Ю. Г., Гулько А. Д., Крупчицкий П. А., Поляризованные медленные нейтроны, М., 1966; Юз Д., Нейтронная оптика, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1955.

  Ю. Г. Абов.