Нейтронная интерферометрия - раздел нейтронной
оптики, методич. основой к-рого является измерение разности фаз интерферирующих
нейтронных волн. Нейтронные интерферометры (НИ) - прецизионные приборы, в к-рых
осуществляется пространств. разделение исходного пучка нейтронов, как правило,
на два когерентных пучка I и II и их последующее совмещение. При этом интенсивность
I результирующего пучка связана с разностью фаз Df волновых
функций yI и yII пучков I и II соотношением:
Из (1) видно, что любое воздействие на нейтрон,
приводящее к изменению фазы волновой функции в одном из пучков, может быть зарегистрировано
по изменению интенсивности I.
Так же как и в обычной оптике, различают НИ с пространственным и амплитудным делениями волнового фронта (см. Интерферометры). В интерферометрах с пространств. делением волнового фронта исходный пучок с волновым фронтом w делится на 2 фрагмента W1 и W2 (рис. 1, а). Интерференц. картину можно регистрировать, измеряя распределение интенсивности в области их суперпозиции. При изменении разности фаз Df между пучками происходит такое перераспределение интенсивности, что интерференц. картина смещается на величину D, пропорциональную Df. Примерами таких НИ являются: бипризменный НИ (аналог интерферометра Френеля) и двухщелевой НИ (аналог интерферометра Юнга). В приборах такого типа необходимо обеспечить высокую степень пространств. ко-герентности освещающего пучка, т. к. интерферируют разл. участки W1 и W2 исходного волнового фронта w. Это приводит к необходимости использовать узкую апер-турную щель S, что предопределяет низкую светосилу прибора.
Рис. 1. Схематическое изображение нейтронных
интерферометров с пространственным (a)
и амплитудным (б) делением
волнового фронта.
В интерферометрах с амплитудным делением волнового
фронта (рис. 1,б) из исходной волны W с помощью когерентного делителя
BS1 (напр., частично отражающего элемента) получают
2 волны W' и W'' с одинаковыми волновыми фронтами. Эти волны
совмещают в устройстве BS2, обычно подобном BS1. В результате суперпозиции двух фронтов возникает интерференц. полоса бесконечной
ширины. При изменении Df возникает модуляция интенсивности I
выходящего пучка.
Рис. 2. Нейтронный интерферометр из монокристалла
Si, стрелка указывает направление кристаллографической
оси [220].
Большинство НИ предназначено для тепловых нейтронов
(длина волны ln ~ 2 
).
Малость ln приводит к значит. отличиям НИ от оптических. Наиб.
широкое распространение получили НИ на совершенных монокристаллах, использующих
механизм брэгговской дифракции для когерентного деления пучков (см. Дифракция
нейтронов). Примером может служить интерферометр Ш-образной формы (рис.
2), к-рый вырезается из монокристалла (как
правило, из Si). Величина пространств. разделения интерферирующих пучков в этих
приборах достигает 2 см. Особенностью таких НИ является принципиальное ограничение
на ln - ln >= dc, где dc - постоянная кристаллич. решётки, а их размеры ограничиваются технологией
выращивания совершенных монокристаллов.
Переход к НИ больших размеров, способных работать
с нейтронами сколь угодно больших ln, возможен, если использовать
в качестве делителя и совместителя дифракц. решётки. Они осуществляют пространств.
модуляцию амплитуды или фазы волновой функции нейтрона, что приводит к образованию
распространяющихся под разными углами когерентных нейтронных волн (рис. 3).
Из-за действия силы тяжести нейтроны двигаются
по параболам, а дифракц. решётки должны быть расположены горизонтально.
Рис. 3. Схема нейтронного интерферометра для
очень медленных нейтронов; Д1, Д2, Д3, Д4
- дифракционные решётки.
НИ позволяют чрезвычайно точно измерять нейтронный
показатель преломления n образца, помещённого в одно из плеч прибора.
Возникающая при этом разность фаз определяется выражением:
где k - волновое число, d - толщина
образца. Величина n связана с длиной когерентного рассеяния нейтронов
на атомных ядрах (см. Нейтронная оптика, Нейтронография структурная). Измерение
длины когерентного рассеяния важно для изучения
природы взаимодействия нейтронов с ядрами.
С помощью НИ выполнен ряд опытов, позволивших продемонстрировать справедливость нек-рых выводов квантовой механики: спинорный характер волновой функции фермиона (нейтрона), влияние на интерференцию нейтронных волн неинерциальности системы координат. Проверено на опыте равенство инертной и гравитационной массы нейтрона (эквивалентности принцип)и др.
А. И. Иоффе, А. И. Франк
|
|
 |
