[고급물리실험] 중성자 회절 실험장치

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중성자는1932년 Sir James Chadwick (18911974, 영국)에 의해 발견되었고, 1936년에 Halban과 Preiswerk 및 Mitchell과 Powers에 의해 X-선과 마찬가지로 결정구조에 의해 회절될 수 있음이 실험적으로 증명되었다.[1] 이 때부터 중성자 회절은 원자의 규칙적 배열 (결정구조)을 연구할 수 있는 하나의 중요한 도구로 인식되었다. 1945년에 완공된 최초의 원자로(미국 Argonne National Laboratory)에서 방출된 중성자빔은 본격적인 회절실험의 수행을 가능케 하였고, 이 곳에 최초의 중성자 회절 실험장치가 설치되었다. 중성자 회절에 관한 많은 기술적 진보는 1912년 Max von Laue에 의해 발견된 X-선 회절과 비슷하게 진행되었다.

중성자 산란도 다른 산란과 마찬가지로 산란 후 파동- de Broglie의 물질파 개념으로 산란현상을 파동으로 기술함 -의 에너지가 변하는지의 여부에 따라 비탄성 산란과 탄성 산란으로 구분할 수 있다. 탄성 산란의 대표적인 실험 기법이 회절(diffraction) 실험이다. Ewald에 의해 발표된 역격자 개념은 결정의 기하학적 관계와 회절현상을 이해하는데 매우 유용하다. 역격자 벡터의 절대치는 실제 격자 벡터의 절대치의 역수의 값을 갖도록 정의되었으며, Ewald는 회절조건을 쉽게 설명할 수 있는 도식적인 그림을 제안하였다(그림 1). 입사빔의 방향이 정해지면 (ki -kf) 벡터의 끝점이 가질 수 있는 공간적인 도형은 반경 2/를 갖는 구가 되고, 이를 Ewald의 구 또는 반사구라고 한다. 그림 1에서 보듯이, 역격자 벡터 Q의 끝점은 구면상에 놓이게 된다. 역격자의 방향은 실격자의 방향에 따라 그 위치가 정해지므로, 역격자 벡터의 끝점이 Ewald 구면에 닿을 때 회절조건을 만족한다.

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