Нейтронографическое исследование ванадиевых соединений

Содержание

1. Введение                                                                                        3

1.1. Нейтрон и его свойства                                                                3

1.2. Способы получения нейтронов                                                        5

2. Основы дифракции нейтронов                                                        6

3. Метод Ритвельда                                                                        10

4. Метод валентностей связи                                                                12

5. Экспериментальные установки                                                        14

5.1. Реактор ИБР-2                                                                        14

5.2. Дифрактометр ДН-2                                                                16

5.3. Разрешающая способность нейтронного дифрактометра                18

5.4. Метод времени пролета                                                                19

6. Исследование структур M2FeV3O11 (M=Zn, Mg, Co) и M3Fe4V6O24 (M=Zn, Mg)                                                                                21

6.1. Введение                                                                                21

6.2. Синтез образцов                                                                        24

6.3. Эксперимент и обработка экспериментальных данных                        25

6.4а. Кристаллическая структура M2FeV3O11 (M=Zn, Mg, Co)                40

6.4б. Кристаллическая структура M3Fe4(VO4)6 (M=Zn, Mg)                        41

7. Результаты и выводы                                                                        47

Литература                                                                                        48

Введение

Для определения атомно-молекулярной структуры вещества используют дифракцию волн, длина которых сравнима с межплоскостным расстоянием. Наиболее распространена рентгеновская дифрактометрия, методика применения которой доступна многим исследовательским лабораториям. Но в кристаллографии существуют задачи, решение которых методами рентгеноструктурного анализа является проблематичным или вообще невозможным. К таким задачам относится в первую очередь определение положений легких атомов в окружении тяжелых, изучение распределения элементов с близкими атомными номерами, исследование процессов изотопного замещения и магнитных структур. Эти задачи не могут быть решены и электронной дифрактометрией. В таких случаях эффективными оказываются тепловые нейтроны, взаимодействие которых с веществом имеет иную природу, нежели в случае электронов и рентгеновских лучей, и определяется свойствами нейтрона.

1.1. Нейтрон и его свойства

Экспериментально нейтрон был открыт в начале 1932 года Джеймсом Чедвиком, показавшим, что жесткое проникающее излучение, возникающее при бомбардировке ядер бериллия α-частицами, состоит из электрически нейтральных частиц с массой, примерно равной протонной: [pic 1]. В том же 1932 году Д.Д. Иваненко и В. Гейзенберг выдвинули гипотезу, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов. Нейтроны устойчивы только в составе стабильных атомных ядер. Свободный нейтрон – нестабильная частица, распадающаяся на протон p+, электрон e– и электронное антинейтрино [pic 2]: [pic 3]. Эта реакция называется бета-распадом нейтрона. Время жизни свободного нейтрона составляет 885.9[pic 4]1.6 сек. По современным оценкам электрический заряд нейтрона равен qn = (–0.4 ± 1.1)·10–21 |qe|, масса нейтрона несколько больше массы протона: mn = 939.57 МэВ ≈ 1838,7 me [1].