DIFRACCIÓN DE NEUTRONES PARA EL ESTUDIO DE LA MATERIA CONDENSADA

DIFRACCIÓN DE NEUTRONES PARA EL ESTUDIO DE LA MATERIA CONDENSADA

María Paula Mayorga Colorado

Colegio Nuestra Señora del Rosario

Septiembre de 2016

Resumen

En 1912, Von Laue, junto con su equipo, demostraron que los rayos X coincidían con la radiación electromagnética; los sólidos tenían estructuras tridimensionales con la característica de que estas eran periódicas. La familia Bragg, usó este descubrimiento al desarrollar la técnica de difracción de rayos X, como técnica para ver detalladamente las estructuras de aquellos sólidos a escala atómica. En 1932, se realiza el descubrimiento de la existencia del neutrón y este encaminó a la demostración de que este también puede ser difractado en 1936, comprobando así, la dualidad correspondiente a onda y partícula. En aquella época, surgieron problemas tales como las fuentes débiles de neutrones la cual se tenía. Luego, en 1942, este panorama cambió, gracias a la aparición de los reactores nucleares.

Palabras Clave

Rayos X, Estructuras tridimensionales, Reactores nucleares.

Abstract

In 1912, Von Laue, together with his equipment, they demonstrated that the X-rays were coinciding with the electromagnetic radiation; the solid ones had three-dimensional structures with the characteristic of which these were periodic. The family Bragg, it used this discovery on having developed the technology of diffraction of X-rays, as technology to see detailed the structures from solid those to atomic scale. In 1932, there is realized the discovery of the existence of the neutron and it directed this one to the demonstration of which this one also can be difractado in 1936, verifying this way, the duality corresponding to wave and particle. In that period, there arose such problems as the weak sources of neutrons which was had. Then, in 1942, this panorama changed, thanks to the appearance of the nuclear reactors.

Key Words

X-Rays, Three-dimensional structures, Nuclear reactors.

INTRODUCCIÓN

En el presente artículo, presentaré una descripción detallada de los diferentes estudios que se llevaron a cabo en el Premio Nobel de Física de 1994, otorgado al estadounidense Clifford Glenwood Shull, por el desarrollo de la difracción de neutrones y sus colaboraciones para el estudio de la materia condensada.

Para abarcar correctamente el tema, debemos conocer la definición de Neutrón. El término neutrón fue descubierto por James Chadwick en 1932, el cual es la partícula fundamental del núcleo de un átomo, atribuyendo a éste, propiedades tales como inestabilidad, ausencia de carga y composición de tres partículas fundamentales cargadas denominadas quarks, cuyas cargas, al ser sumadas, dan cero.

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Imagen 1. Estructura de Quarks de un neutrón

MÉTODOS

A partir del conocimiento de esta partícula surgieron métodos para realizar procesos de difracción, teniendo en cuenta que el proceso de difracción es un fenómeno netamente ondulatorio, se deducen los siguientes métodos difractométricos basados en la Ley de Bragg^[1], las cuales acuden a algunos requisitos:

1. Que el espacio entre las capas de átomos sea aproximadamente el mismo que la longitud de onda de la radiación.^[2]
2. Que los centros de dispersión estén distribuidos en el espacio de una manera muy regular.3

[pic 2]

Imagen 2. Difracción

Comparando los Neutrones y los Rayos X, la ventaja de usar neutrones en el estudio de los sólidos, líquidos y gases reside en propiedades tales como:

• El cambio de energía de los neutrones térmicos debido a los procesos de creación en los sólidos, es frecuentemente del mismo orden de magnitud
• Como ya sabemos, el neutrón es una partícula neutra, por lo tanto es capaz de penetrar profundamente la materia, en comparación con los rayos x, cuya capacidad de penetración es mínima.
• Al interactuar con la materia, lo hacen únicamente con los núcleos atómicos y prácticamente no son percibidos por los electrones.

[pic 3]

Imagen 3. Comparación entre Rayos X y la Difracción de Neutrones en función de ángulo

• El neutrón tiene situaciones magnéticas, lo que hace que estos interactúen con los electrones que no se ven apareados en átomos de materiales magnéticos.

Fuentes de Neutrones

Fuentes Estacionarias (Reactores Nucleares)

[pic 4]

Imagen 4. Fuente Estacionaria

Los neutrones que llegan a un equilibrio térmico con el moderador, llamados neutrones térmicos, tienen una distribución de velocidades. La temperatura del moderador, usualmente, está entre 20°C y 100°C.

El centro del reactor, donde se ubica el combustible nuclear, debe estar en el interior de una piscina a una profundidad de 10 m., donde el agua, cumple como: moderador de la reacción del núcleo, refrigerante del núcleo y protector contra la radiación.

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