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2.6 Diffusion des neutrons thermiques

2.6 Diffusion des neutrons thermiques. Interaction avec tous les noyaux Interaction magnétique Énergie ~300 K : dynamique. Le neutron : une particule. Découvert par James Chadwick en 1932 Constituant élémentaire du noyau, avec le proton. Masse : 1,675 10 -27 kg

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2.6 Diffusion des neutrons thermiques

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Presentation Transcript

  1. 2.6 Diffusion des neutrons thermiques • Interaction avec tous les noyaux • Interaction magnétique • Énergie ~300 K : dynamique Le neutron : une particule • Découvert par James Chadwick en 1932 • Constituant élémentaire du noyau, avec le proton Masse : 1,675 10-27 kg Charge : 0 C ( < 2.10-22 e) Spin : ½ Moment magnétique : -1.913 mN Temps de vie : 889,1 s (n=p+e+ng)

  2. Le neutron : une onde Vecteur d’onde : Moment : Énergie : 100 1000 10.000 v(m/s) l[nm]= 0.90466{E[meV]}-1/2 4 0,4 0,04 l(nm) 300 K (kBT) 25.8 meV 6.25 THz 208.5 cm-1 0,05 5 500 E(meV) Froids Thermiques Chauds Petits angles Inélastique phonons Grands Q

  3. 2.6 Sources de neutrons Les réacteurs nucléaires • Les neutrons sont obtenus par la fission de 235U • Ex : neutron lent + 235U  36Ba + 56K + neutrons + b (en moyenne 2.5 n d’1 MeV) • Modérateur ( Eau lourde (300 K); H2 liquide (20 K); Graphite (1400 K) ) Orphée Les sources à spallation • Choc d’un proton de 600 MeV sur une cible de métal lourd (W, Ta, U) • 10-12 neutrons de 2-3 MeV (Modérateur) • Moins de chaleur à extraire (200 kW / 10-100 MW) • Source de neutrons pulsés (50 Hz)

  4. Les piles à neutrons • 1971 Institut Laue-Langevin, ILL (Grenoble), 57 MW • 1944 : Oak Ridge TN, USA, 85 MW • 1974 Laboratoire Léon Brillouin, LLB, Saclay, 14 MW Sources à spallation • 1985 ISIS (Oxford, GB), SNS (USA) • Projets : ESS (Lund)

  5. Diffusion : Système atome-particule change d’état : Etat initial, ei Etat final, ef Conservation de l’énergie : Conservation de l’impulsion : États du neutron : Ondes planes

  6. Section efficace de diffusion-1 Règle d’or de Fermi : Section efficace différentielle partielle

  7. Section efficace de diffusion Formule générale RX-Neutron Conservation de l’énergie Hamiltonien d’interaction Moyenne statistique (temporelle) Atome seul :

  8. Pseudo-potentiel de Fermi Portée de l’interaction forte ~ 10-15 m varie sur des échelles de 10-15 m sur des échelles de 10-10 m Pseudo-potentiel de Fermi

  9. Longueur de diffusion  barn barn • b ne dépend pas de • Eléments légers • b dépend de l’isotope • b peut être négatif

  10. Formules de Van Hove Isotopes: pas de corrélations des bn si si Fonction de diffusion, cohérente et incohérente

  11. Fonctions de corrélations TF de dans l’espace et dans le temps t r t=0 : fonction de corrélation dépendante du temps

  12. b incoherent sc si H 1,8 81,2 D 5,6 2 O 4,2 0 V 0,02 5,0 Ni 13,4 5,0

  13. Diffraction Terme à « zéro phonon » : diffusion élastique Réflexions de Bragg en

  14. Diffusion nucléaire élastique Partie stationnaire Diffusion élastique TF de qui est permanent dans la structure Cristal, amorphe : Distances moyennes entre atomes Liquide : Pas de diffusion élastique q 0

  15. Cas classique des rayons X La diffusion est quasi-élastique, on « intègre » en énergie On peut résoudre en E ID28 ESRF Fonction de corrélation de paire instantanée

  16. Diffusion inélastique Terme « à un phonon » : facteur de Bose-Einstein Le mode de phonon wa(k) donne deux pics de diffusion en : q=Qhkl+k, wa(k) (Stokes) q=Qhkl-k, -wa(k) (Antistokes)

  17. Trois axes Spectromètre 1T1 au LLB

  18. Diffusion inélastique

  19. Exemple : Mode mou Sélénate de potassium K2SeO4 Paraélectrique Incommensurable Ferroélectrique Tc=93 K Ti=129.5 K kc=(1-d)a*/3 kc=a*/3 Branche optique s’amollit à kc à la transition : Mode mou M. Iizumi, J.D. Axe, G. Shirane et K. Shimaoka, Phys. Rev. B15, 4392 (1977).

  20. Exemple II : Mode mou Perovskite ferroélectriques Chapman et al., PRB 71,020102 (2005) Mode mou : Transverse Optique

  21. Mode mou/RXODC 2H-NbS2 Transition Métal-ODC dans 2H-NbSe2 Mode mou dans 2H-NbSe2 Thèse Maxime Leroux (Novembre 2012) ID28/29@ESRF

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