中性子散乱長

中性子は、原子核相互作用距離によって決まる確率で原子核を通過するか、吸収されるか、コヒーレントまたはインコヒーレントのいずれかの散乱を受ける。^{[1]コヒーレント散乱における干渉効果は、}ホイヘンス・フレネル理論に従って球面散乱波の振幅に比例する中性子のコヒーレント散乱長を介して計算できる。この散乱長は同位体（および構成同位体の加重算術平均として元素ごと）によってランダムに見える方法で変化するが、X線散乱長は原子番号とトムソン散乱長の積にすぎず、原子番号とともに単調に増加する。^{[1] [2]}

散乱長は正または負のいずれかです。散乱断面積は散乱長の2乗に4πを掛けたものに等しく、^[3]つまり散乱長の2倍の半径を持つ円の面積です。チタンとニッケルの場合のように、長さが反対の符号の同位体を混合して正味の散乱長をゼロにすることができます。その場合、コヒーレント散乱はまったく発生しません。一方、バナジウムの場合、すでに唯一の天然同位体の2つのスピン構成の反対の符号により、ほぼ相殺されます。ただし、中性子はこれらの材料でも依然として強い非コヒーレント散乱を受けます。^[1]

陽子（-0.374）と重水素（0.667）の散乱長には大きな差があります。重水を溶媒として使用したり、プローブ分子を選択的に重水素化（天然に存在する陽子を重水素に交換）したりすることで、この差を利用して有機物中の水素の配置を画像化することができます。これは、水素の単一電子に対する感度が小さいため、X線ではほとんど不可能です。^[4]一方、水素を含むサンプルの中性子散乱研究では、天然水素の強い非干渉性散乱の影響を受けることがよくあります。

より包括的なデータはNIST ^[8]とウィーン原子核研究所^[9]から入手可能です。