Взаимодействия нейтронов 2 страница

После захвата нейтрона ядро переходит в высоковозбужденное состояние, ниже к рого обычно расположено множество др состояний.Его распад с испусканием 7 квантов может происходить многими путями через различные промежуточные уровни.Это приводит к тому, что полная радиац ширина Г [ris] для каждого резонанса является усредненной по большому числу путей распада, а следовательно, мало изменяется от резонанса к резонансу и плавно меняется от ядра к ядру. Обычно полная радиационная ширина при переходе от средних ядер (A" 50) к тяжелым (A " 250) изменяется примерно от 0, 5 эв до 0, 02 эв В то же время радиац ширины, характеризующие вероятность 7 перехода на данный промежуточный уровень, сильно флуктуируют от резонанса к резонансу, как и нейтронные ширины. Спектр [ris] лучей распада нейтронных резонансов дает информацию о распадающемся состоянии (спин, четкость набор парциальных ширин). Кроме того, энергии отд [ris] переходов позволяют определить энергии нижележащих уровней, а интенсивности [ris] -переходов - спин и четность, иногда и природу уровня.

Делительные ширины Г_д также заметно флуктуируют от резонанса к резонансу Помимо осколков, при делении ядер под действием нейтронов испускаются [ris] кванты и вторичные нейтроны. Число нейтронов составляет 2-3 на 1 акт деления и практически не меняется от резонанса к резонансу. Эта величина, а также отношение вероятностей радиац захвата и деления играют важную роль при конструировании ядерных реакторов.

У полутора десятков ядер обнаружено испускание [ris] частиц после захвата медленных нейтронов. Для легких ядер (В, Li) этот процесс является преобладающим.В средних и тяжелых ядрах он затруднен кулоновским барьером ядра. Здесь в наиболее благоприятных случаях Га в 10⁴-10⁹ раз меньше. Г [ris] H с дает в этом случае информацию о высоковозбужденных состояниях ядер, о механизме [ris] -распада.

Данные H с важны не только для ядерной физики. Реакторостроение нуждается в точных сведениях о взаимодействии нейтронов с делящимися материалами, а также материалами конструкции и защиты реакторов. Данные H с используются для определения элементного и изотопного состава образцов без их разрушения (см Активационный анализ). В астрофизике они необходимы для понимания распространенности элементов во Вселенной.

Методы H с нашли широкое применение в исследованиях структуры твер дых тел и жидкостей, а также динамики различных процессов, напр колебаний кристаллической решётки (см Нейтронография)

Лит Юз Д ж Д, Нейтронные эффективные сечения, пер с англ M, Э59 Рей E P, Экспериментальная нейтронная спектроскопия, " Проблемы физики элементарных частиц и атомного ядра", 1971, т 2, в 4, с 861, Франк И M, Развитие и применение в научных исследованиях импульсного реактора ИБР, там же, с 805, Боллингер Л. M., Гамма кванты при захвате нейтронов, там же, с 885, Попов Ю. П, (N, [ris])-реакция - новый канал для изучения природы нейтронных резонансов, там же, с 925, Физика быстрых нейтронов, под ред Дж. Мариона и Дж. Фаулера, пер с англ, т 2 M., 1966

Л. Б. Пикельнер, Ю. П. Попов.


НЕЙТРОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ, приборы для регистрации нейтронов. Действие H д основано на регистрации вторичных частиц, образующихся в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами Для регистрации медленные нейтронов используются ядерные реакции расщепления легких ядер под действием нейтронов [¹⁰B (n, [ris]) ⁷Li, ⁶Li (n, а) ³H и ³He(n, P)¹H] с регистрацией [ris] частиц и протонов, деления тяжелых ядер с реги страцией осколков деления (см Ядра атомного деление) радиационный захват нейтронов ядрами (n, [ris]) с регистрацией 7 квантов, а также возбуждения искусственной радиоактивности. Для регистрации [ris] частиц, протонов и осколков де ления применяются ионизационные камеры и пропориионалъные счетчики, к рые заполняют газообразным BF₃ и др газами, содержащими В иkи ³H, либо покрывают их стенки тонким cлoем твердых В, Li или делящихся веществ. Конструкция и размеры таких камер и счетчиков разнообразны Пропорциональные счетчики могут достигать 50 мм в диаметре и 2 м длины (CHM 15). Наибольшей эффективностью к тепловым нейтронам обладают H д, содержащие ¹⁰B или ³He Для регистра ции медленных нейтронов используются также сцинтилляционные счетчики (на кристаллах LiI с примесью Eu, на сцинтиллирующих литиевых стеклах либо смеси борсодержащих веществ и сцинтиллятора ZnS) Эффективность регистрации тепловых нейтронов в этом случае может достигать 40-60%. В Объединённом институте ядерных ucciedo-ваний создан Сцинтилляционный H д, в к ром регистрируются акты радиац захвата. Он предназначен для нейтронов с энергией до 10 кэв и имеет эффективность ~ 20-40%. Эффективность регистрации быстрых нейтронов перечисленными детекторами в сотни раз меньше, поэтому быстрые нейтроны предварительно замедляют в парафиновом блоке, окружающем H д (см Замедление нейтронов). Спец.подобранные форма и размеры блоков позволяют получить практически постоянную эффективность регистрации нейтронов в диапазоне энергий от неск кэв до 20 Мэв (всеволновой счетчик). При непосредственном детектировании нейтронов с энергиями ~ 100 кэв обычно используется упругое рассеяние нейтро нов в водороде или гелии или регистри руются ядра отдачи.T. к энергия последних зависит от энергии нейтронов, то такие H. д. позволяют измерять энергетич спектр нейтронов. Сцинтилляционные H д также могут регистрировать быстрые нейтроны по протонам отдачи в органич и водородсодержащих жид ких сцинтилляторах. Нек-рые тяжелые ядра, напр ²³⁸U и ²³²Th, делятся только под действием быстрых нейтронов.Это позволяет создавать пороговые H д, служащие для регистрации быстрых нейтронов на фоне тепловых.

Для регистрации продуктов ядерных реакций нейтронов с ядрами В и Li, протонов отдачи и осколков деления используются также ядерные фотографические эмульсии. Этот метод особенно удобен в дозиметрии, т к позволяет определить суммарное число нейтронов за время облучения.При делении ядер энергия осколков столь велика, что они производят заметные механич. разрушения. На этом основан один из способов их обнаружения: осколки деления замедляются в стекле, к-рое затем травится плавиковой кислотой; в результате следы осколков можно наблюдать под микроскопом.

Возбуждение искусств, радиоактивности под действием нейтронов используется для регистрации нейтронов, особенно при измерениях плотности потока нейтронов, т. к. число распадов (активность) пропорционально потоку нейтронов, прошедшему через вещество (измерение активности можно производить после прекращения облучения нейтронами). Существует большое количество различных изотопов, применяемых в качестве радиоактивных индикаторов нейтронов разных энергий E'. В тепловой области энергий наибольшее распространение имеют ⁵⁵Mn, ¹⁰⁷Ag, ¹⁹⁷Au; для регистрации резонансных нейтронов применяют ⁵⁵Mn (E = 300 эв), ⁵⁹Co (E = 100 эе), ¹⁰³Rh, ¹¹⁵In (E = 1, 5 эв), ¹²⁷I (E = 35 эв), ¹⁰⁷Ag, ¹⁹⁷Au (E = 5 эв). В области больших энергий используют пороговые детекторы ¹²C (E_пop = 20 Мэв), ³²S (E_пop = 0, 9 Мэв) и ⁶³Cu (E_пop = 10 Мэв) (см. Нейтронная спектроскопия).

Лит.: А л л е н В. Д., Регистрация нейтронов, пер. с англ., M., 1962; Власов H. А., Нейтроны, 2 изд., M., 1971. Б. Г. Ерозолимский, Ю. А. Мостовой.

НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ, одна из возможных конечных стадий эволюции звёзд большой массы; вещество нейтронной звезды состоит из нейтронов с малой примесью электронов, протонов и более тяжёлых ядер. На возможность существования H. з. впервые указал Л. Д. Ландау (1932) сразу же после открытия нейтрона (Дж. Чедвик, 1932). В 1934 амер. астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки предположили, что H. з. могут образовываться при вспышках сверхновых звёзд. Из теории эволюции звёзд следует, что у массивных звёзд на стадии почти полного " выгорания" ядерного горючего в их центральной области может произойти катастрофически быстрое гравитац. сжатие - гравитац. коллапс (см. Коллапс гравитационный). При коллапсе плотность вещества возрастает настолько, что достигается состояние, когда нейтроны становятся устойчивее протонов. В этих условиях происходит превращение протонов и стабильных атомных ядер в нейтроны и атомные ядра с избытком нейтронов (нейтронизация вещества). Для такого процесса необходимы плотности p> =10¹⁰ г/см³. При плотностях р> =10¹² г/см³ и темп-pax T < = 10¹⁰ К, характерных для H. з., вещество представляет собой вырожденный нейтронный газ (см. Вырожденный газ). Механич. равновесие H. з. связано с компенсацией сил тяготения давлением вырожденного газа нейтронов. Для равновесного устойчивого состояния H. з. характерны следующие параметры (в среднем): масса M~2-10³³ г, т. е. равна массе Солнца M₀; радиус R ~ 2 X 10⁶ см = 20 км (R₀ = 7- 10¹⁰ см); плотность [ris]~ 2· 10¹⁴ г/см³ ([ris]₀ =1, 4 г/см³); давление p ~ 10 ³³-10³⁴ дин/см²; минимальный период вращения 10~³ сек. Магнитное поле H. з. достигает ~ 10¹² гс (ср. магнитное поле Солнца ~ 1 гс). Средняя плотность H. з. близка к ядер-

ной плотности вещества или даже превосходи! её, поэтому строение и свойства H. з. обусловлены в значительной мере ядерными силами. Кроме того, для H. з. характерна большая величина гравитационной энергии связи (~ 10 ⁵³ эрг), что приводит к появлению существ, поправок к ньютоновской теории тяготения, следующих из общей теории относительности (см. Тяготение). Учёт этих двух факторов имеет принципиальное значение при расчёте внутр. строения H. з. Из расчётов следует, что теоретически ожидаемая масса H. з. M заключена в пределах 0, 05M₀ < M < M_макс, где M_макс = (1, 6-2, 4)M₀, причём разброс вычисленных значений M обусловлен трудностями в учёте действия ядерных сил. Большинство существующих теорий связывает образование H. з. со вспышками сверхновых звёзд, т. к. гравитац. коллапс звезды при определённых условиях сопровождается мощным взрывом, выбрасывающим в пространство внешние слои звезды. H. з. были открыты в 1967 по пульсации их радиоизлучения (эти звёзды назвали пульсарами), причём ряд пульсаров определённо связан с остатками сверхновых (в частности, пульсар PSR 0532 в Крабовидной туманности).

Лит.: Д а и с о н Ф., Тер X а а р Д., Нейтронные звёзды и пульсары, пер. с англ., M., 1973; Тейлер Р., Строение и эволюция звёзд, пер. с англ., M., 1973; Зельдович Я. В., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звёзд, M., 1971. В. С. Имгиенник.

НЕЙТРОННЫЕ ИСТОЧНИКИ, источники нейтронных пучков. Применяются в ядерно-физич. исследованиях и в практических приложениях (см., напр., Нейтронный каротаж, Нейтронография). Все H. и. характеризуются: мощностью (число нейтронов, испускаемых в 1 сек), энергетическим и угловым распределением, поляризацией нейтронов и режимом испускания (непрерывным или импульсным). В первых H. и. для получения нейтронов использовались ядерные реакции (ос, п) на ядрах ⁷Be или ¹⁰B, а также фоторасщепление дейтрона или ядра Be, т. е. реакция ([ris], n). В первом случае H. и. представляет собой равномерную механич. смесь порошков ⁷Be и радиоактивного изотопа, испускающего [ris] -частицы (Ra, Po, Pu и др.), запаянную в ампулу. Соотношение количеств Be и, напр., Ra ~ 1/5 (по весу). Их мощность определяется допустимым количеством [ris] -активного препарата. Обычно активность < =10 кюри, что соответствует испусканию ~ 10⁷-10⁸ нейтронов в 1 сек(см.табл.). H. и. со смесью Ra + Be и Am +Be являются одновременно источниками интенсивного [ris] -излучения (10⁴-10^{5 [ris]} - [ris] вантов на 1 нейтрон). H. и. со смесью Po + Be и Pu + Be испускают только 1 [ris] -квант на 1 нейтрон.

В случае фотонейтронного ампульного источника ампула содержит полый цилиндр или шар из

Be или с тяжёлой водой D₂O, внутри к-рого размещается источник [ris] -излучения. Энергия [ris] -квантов должна быть выше пороговой энергии фоторасщепления ядер D или Be (см. Фотоядерные реакции). Недостаток такого H. и.- интенсивное [ris] -излучение; применяется в тех случаях, когда нужно простыми средствами получить моноэнергетич. нейтроны. В ампульных H. и. используется также спонтанное деление тяжёлых ядер (см. Ядра атомного деление).

После появления ускорителей заряженных частиц для получения нейтронов стали использоваться реакции ([ris], n) и (d, n) на лёгких ядрах, а также реакции (d, pn). B спец. ускорительных трубках протоны и дейтроны ускоряются в электрич. поле, создаваемом напряжением ~ 10⁵ - 10⁷ в. Такие нейтронные генераторы разнообразны по размерам и характеристикам (см. рис.). Нек-рые из них размещаются на площади 50-100м² и обладают мощностью ~ 10¹²- 10¹³ нейтронов в 1 сек (энергию можно варьировать от 10⁵ до 10⁷ эв). Существуют и миниатюрные ускорительные трубки (диаметр ~ 25-30 мм), испускающие 10⁷ - 10⁸ нейтронов в 1 сек, к-рые используются в нейтронном каротаже.

Для получения нейтронов с энергиями 2-15 Мэв наиболее употребительны реакции D (d, n)³Не и T(d, n)⁴He, мишенью служит гидрид металла (обычно Zr или Ti) с дейтерием или тритием. В реакции D + d значительный выход нейтронов наблюдается уже при энергии дейтронов ~50 кэв. Энергия нейтронов при этом ~ 2 Мэв и растёт с ростом энергии протонов. Для нейтронов с энергией 13-20 Мэв предпочтительнее реакция T + d, дающая больший выход нейтронов. Напр., при энергии дейтронов 200 кэв из толстой тритиево-циркониевой мишени вылетают нейтроны с энергией ~ 14 Мэв в количестве 10⁸ в 1 сек на 1 мкк дейтронов.

Реакция ([ris], n) на ядрах ⁷Li и др. удобна для получения моноэнергетич. нейтронов в широком диапазоне энергий. Она обычно используется в электроста-

Нейтронные генераторы.

тических ускорителях. Для получения нейтронов более высоких энергий (~ 10⁸ эв) используются реакции ([ris], n) и (d, рn) на пучках протонов и дейтронов высоких энергий. Реакция ([ris], n) осуществляется за счёт непосредственного выбивания нейтрона из ядра (без промежуточной стадии возбуждения ядра), а также за счёт перезарядки летящего нуклона в поле ядра. Нейтроны вылетают в этом случае преимущественно вперёд (по направлению протонного пучка), они монохроматичны при фиксированном угле вылета. Реакция (d, рn) (развал дейтрона в поле ядра) приводит к генерации нейтронов с энергией, равной 1/₂ энергии дейтрона.

В качестве H. и. используются также электронные ускорители. Интенсивные пучки быстрых электронов направляются на толстые мишени из тяжёлых элементов (Pb, U). Возникающие тормозные [ris] --кванты (см. Тормозное излучение) вызывают реакцию ([ris] -, n) или деление ядер, сопровождающееся испусканием нейтронов. Все нейтронные генераторы могут работать как в непрерывном, так и импульсном режимах.

Самые мощные источники нейтронов- ядерные реакторы. Нейтронный пучок, выведенный из реактора, содержит нейтроны с энергиями от долей эв до 10- 12 Мэв. В мощных реакторах плотность потока нейтронов в центре активной зоны реактора достигает 10¹⁵ нейтронов в 1 сек с 1 см² (при непрерывном режиме работы). Импульсные реакторы, работающие в режиме коротких вспышек, создают более высокую плотность потока нейтронов, напр, импульсный реактор на быстрых нейтронах в Объединённом ин-те ядерных исследований (ИБР) имеет в момент вспышки в центре активной зоны 10²⁰ нейтронов в 1 сек с 1 см².

Лит.: Власов H. А., Нейтроны, 2 изд., M., 1971; Портативные генераторы нейтронов в ядерной геофизике, под ред. С. И. Савосина, M., 1962.

Б. Г. Ерозолимский.

НЕЙТРОННЫЙ КАРОТАЖ, метод геофизических исследований, основанный на взаимодействии нейтронов с веществом горных пород. В скважину опускают толстостенную стальную гильзу, содержащую нейтронный источник и детектор, регистрирующий вторичное излучение. Последнее возникает в результате взаимодействия нейтронов с атомными ядрами породы (см. Нейтронные детекторы). Между источником и детектором устанавливается фильтр из парафина, Pb или Bi, препятствующий прямому попаданию нейтронов из источника в детектор. Сигналы детектора, усиленные я сформированные с помощью электронных устройств, передаются по кабелю наверх для регистрации и анализа. Перемещая гильзу вдоль скважины (рис.), записывают каротажную диаграмму - зависимость скорости счёта сигналов or глубины. H. к. был впервые осуществлён в США (Б. M. Понтекорво, 1941), в СССР развитие H. к. связано с именами Б. Б. Лапука и Г. H. Флёрова.

Существует ок. 10 вариантов H. к., отличающихся типом нейтронного источника, видом вторичного излучения, а также характером получаемой информации. В случае нейтрон-нейтронного каротажа регистрируются тепловые нейгроны, образующиеся в результате замедления в горной породе быстрых нейтронов источника (см. Замедление нейтронов). При нейтронном [ris] -каротаже регистрируются [ris] --кванты, возникающие при захвате медленных нейтронов ядрами (см. Медленные нейтроны). В этих вариантах H. к. с источником непрерывного действия определяется относит, количество водорода в пластах. T. к. водород - наиболее эффективный замедлитель нейтронов, то в породах с порами, заполненными водой или нефтью, нейтроны замедляются уже на небольших расстояниях от источника. Напр., в песчанике с 20%-ной пористостью расстояние, в к-ром ок. 60% нейтронов источника (с энергией 5 Мэв) становятся тепловыми, - порядка неск. см. Число тепловых нейтронов (или [ris] -квантов радиационного захвата), достигающих при этом детектора, невелико, т. к. расстояние до него существенно больше (30-50 см).

С уменьшением содержания водорода в пласте длина замедления растёт, нейтроны становятся тепловыми в области, более близкой к детектору, и число его отсчётов увеличивается. T. о., минимумы на каротажной диаграмме соответствуют пластам с повыш. содержанием водорода.

Кроме пористых пластов (песчаника, известняка) с водой или нефтью, диаграммы H. к. дают возможность выделить более плотные пласты, границы пластов, глинистые прослойки, а также границы между жидкостью и газом, что даёт возможность применять H. к. при поисках месторождений газа.

H. к. с источником непрерывного действия не даёт, однако, возможности надёжно отличать пласты, насыщенные водой и нефтью, т. к. они как замедлители нейтронов неразличимы. Для этой цели эффективнее оказался H. к. с импульсным источником (импульсный H. к.). Пластовая вода обычно содержит минеральные соли, напр. NaCl, в то время как в нефти они отсутствуют. Из-за поглощения нейтронов в Cl время жизни [ris] тепловых нейтронов в пласте, содержащем воду, меньше, чем в нефтяном пласте. В импульсном H. к. нейтроны испускаются в течение коротких интервалов времени - от 1 до 10 мксек, а регистрируются лишь те сигналы от детектора, к-рые приходят через время t> [ris] после нейтронного импульса. При этом число регистрируемых сигналов будет зависеть от [ris]. B пласте, содержащем воду, для к-рого [ris]. невелико, к моменту t остаётся мало нейтронов и интенсивность регистрации мала. В пласте же, насыщенном нефтью, [ris] больше и нейтронов остаётся больше. В районах с сильной минерализацией пластовых вод (200 г NaCl на 1 л) достигаются десятикратные различия в показателях прибора против нефте-и водонасыщенных участков пласта. Импульсный H. к. получил распространение после создания малогабаритных импульсных нейтронных генераторов.

В H. к. с регистрацией [ris] -квантов применяются сцинтилляционный счётчик и полупроводниковые детекторы, обладающие высокой разрешающей способностью. Измерение спектра [ris] -квантов радиационного захвата позволяет осущрст-влять элементный анализ горных пород. Используя при этом импульсный H. к., удаётся определять и спектр [ris] -лучей, возникающих при неупругом рассеянии нейтронов на ядрах. Такой вариант H. к. сулит возможность выделения нефтеносных пластов по содержанию С, т. е. независимо от наличия солей в пластовых водах.

В СССР H. к. входит в комплекс обязательных геофизич. работ, проводимых на всех скважинах, вводимых в строй. H. к. применяется также для поиска пропущенных нефтяных горизонтов в старых скважинах.

После облучения породы нейтронами в ней возникает радиоактивность, измерение к-рой даёт также информацию о составе породы (нейтронно-активационный каротаж). Основанные на этом методы H. к. применяются при поиске полезных ископаемых и в др. геологич исследованиях.

Лит.: Pontecorvo В., Neutron well logging new geological method based on nuclear physics, " Oil and Gas Journal", 1941/42, v. 40, № 18; Филиппов E. M., Прикладная ядерная геофизика, M-, 1973; Основы импульсного нейтрон-нейтронного каротажа, M., 1965; А р ц ы б а ш е в В. А., Ядерно-геофизическая разведка, M., 1972.

Б. Г. Ерозолимский.

НЕЙТРОНОГРАФИЯ (от нейтрон и ...графия), метод изучения строения молекул, кристаллов и жидкостей с помощью рассеяния нейтронов. Сведения об атомной и магнитной структуре кристаллов получают из экспериментов по дифракции нейтронов (см. Дифракция частиц), о тепловых колебаниях атомов в молекулах и кристаллах - из экспериментов по рассеянию нейтронов, при к-ром нейтроны обмениваются энергией с изучаемым объектом (рассеяние в этом случае наз. неупругим). Первые работы в области H. принадлежат в основном Э. Ферми (1946-48); гл. принципы H. были впервые изложены в 1948 в обзоре амер. учёных Э. Уоллана и К. Шалла.

Нейтронография. эксперимент осуществляется на пучках нейтронов, выпускаемых из ядерных реакторов (предполагается использование для целей H. ускорителей электронов со спец. мишенями). На рис. 1, а приведена типичная установка для нейтронографич. исследований. Нейтронографич. аппаратура (дифрактометры, нейтронные спектрометры разных типов и т. д.) размещается в непосредственной близости от реактора на пути нейтронных пучков. Плотность потока нейтронов в пучках самых мощных реакторов на неск. порядков меньше плотности потока квантов рентгеновской трубки, поэтому нейтронографич. аппаратура, нейтронографич. эксперимент сложны; по этой же причине используемые в H. образцы существенно крупнее, чем в рентгенографии. Эксперименты могут проводиться в широком интервале темп-р (от 1 до 1500 К и выше), давлений, магнитных полей и др.

На рис. 1, б приведена нейтронограмма поликристаллич. образца BiFeO₃ (зависимость интенсивности рассеяния 1 нейтронов от угла рассеяния в). Нейтронограмма представляет собой совокупность максимумов когерентного ядерного или магнитного рассеяния (см. ниже) на фоне диффузного рассеяния.

Успешное использование H. обусловлено удачным сочетанием свойств нейтрона как элементарной частицы. Совр. источники нейтронов - ядерные реакторы - дают тепловые нейтроны широкого диапазона энергий с максимумом в области 0, 06 эв. Соответствующая этой энергии де-бройлевская длина волны нейтронов (~ 1 А) соизмерима с величиной межатомных расстояний в молекулах и кристаллах, что делает возможным осуществление дифракции нейтронов в кристаллах; на этом основан метод структурной нейтронографии.

Рис. 1. [ris] - схема нейтронографической установки для исследования поликристаллических образцов: 1 - система коллимации, формирующая нейтронный пучок; 2 - блок монохроматизации для выделения нейтронов с определённой фиксированной энергией (длиной волны) из сплошного спектра нейтронов ядерного реактора; 3 - нейтронный спектрометр с детектором нейтронов 4 для измерения интенсивности нейтронного излучения под различными углами рассеяния. Исследуемый образец помещается в центре спектрометра; 6 - нейтронограмма поликристаллического образца BiFeO₃.

Соизмеримость энергии тепловых нейтронов с энергией тепловых колебаний атомов и молекулярных групп в кристаллах и жидкостях обеспечивает оптимальное использование неупругого рассеяния нейтронов в нейтронной спектроскопии. Наличие у нейтрона магнитного момента, к-рый может взаимодействовать с магнитными моментами атомов в кристаллах, позволяет осуществить магнитную дифракцию нейтронов на магнитоупорядоченных кристаллах, что является основой магнитной нейтронографии.

Структурная нейтронография - один из основных совр. методов структурного анализа кристаллов (вместе с рентгеновским структурным анализом и электронографией). Геометрич. теория дифракции всех трёх излучений - рентгеновских лучей, электронов, нейтронов - одинакова, но физич. природа взаимодействия их с веществом различна, что определяет специфк-ку и области применения каждого из методов. Рентгеновские лучи рассеиваются электронными оболочками атомов, нейтроны (через короткодействующие ядерные силы) - атомными ядрами, электроны - электрич. потенциалом атомов. Вследствие этого структурная H. имеет ряд особенностей. Рассеивающая способность атомов характеризуется атомной амплитудой рассеяния f. Особый характер взаимодействия нейтронов с ядрами приводит к тому, что атомная амплитуда рассеяния нейтронов f_H (обычно её обозначают буквой b) для различных элементов (в отличие от f рентгеновских лучей) несистематическим образом зависит от порядкового номера Z элемента в периодич. системе. В частности, рассеивающие способности лёгких и тяжёлых элементов оказываются одного порядка. Поэтому изучение атомной структуры соединений лёгких элементов с тяжёлыми является специфич. областью структурной H. Прежде всего это относится к соединениям, содержащим легчайший элемент - водород. Рентгенографически и электронографически в нек-рых благоприятных случаях удаётся определить положение атомов водорода в кристаллах его соединений с др. лёгкими атомами (с Z < = 30). Нейтронографически определение положения атомов водорода не сложнее, чем большинства др. элементов, причём существ, методич. выгода достигается заменой в изучаемой молекуле атомов водорода на его изотоп - дейтерий. С помощью H. определена структура большого числа органич. соединений, гидридов и кристаллогидратов, уточнена структура различных модификаций льда, водородсодержащих сегнетоэлектриков и т. д., что дало ряд новых данных для развития кристаллохимии водорода.