Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.33 MB, 45 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>===) CQ===</small>
<small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>Pu). 8n... ...Ả... 1</small>
<small>i01 0117 ...-4AgA... 2</small>
Mở đầu 3Chương 1 - Lý thuyết tán xạ của notron chậm trong tỉnh thể...-- 2 s5 +5 5
1.1.Cơ sở lý thuyết tán xạ của notron chậm trong tinh thê... ...--.51.2. Thế tương tác của notron chậm trong tinh thể... +5: 9Chương 2 — Tan xa của các nơtron phân cực trong tinh thé phân cực ... 12Chương 3 - Phản xạ gương và khúc xạ của các notron trên tỉnh thể được đặt trong
từ trường ngoài biến thiên tuần hoàn...-...--cc 222cc csẰ: 20
Chương 4 - Tan xạ từ của các notron phân cực trên mặt tinh thé phân cực được đặttrong từ trường ngồi biến thiên tuần hồn trong điều kiện có phản xạ...274.1. Tiết diện hiệu dụng của tán xạ từ không dan hồi của các nơtron trên tinh théphân cực được đặt trong từ trường ngoài biến thiên tuần hoàn... 27
4.2. Tiết diện tán xạ từ bề mặt hiệu dụng của các notron trong trường hợp có phảnxạ tồn phân... + c1 1011111111111 2225111111111 1 111111111111 k vn nh na 38
<small>IV )8I i01). KG... a4...</small>
<small>2 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Trong những năm gần đây, sự tán xạ của nơtron chậm đã được sử dụng rộng rãi dénghiên cứu vat lý các chat đông đặc.
<small>Các notron chậm là một công cụ độc đáo trong việc nghiên cứu động học của các</small>
nguyên tử vật chất và các cấu trúc từ của chúng. Điều này đã được kiểm chứng trong
<small>các tài liệu [13,18,19].</small>
Hiện nay, để nghiên cứu cấu trúc tinh thé, đặc biệt là cấu trúc từ của tinh thé,
<small>phương pháp quang notron đã được sử dụng rộng rãi. Chung ta dùng chùm nơtron chậm</small>
phân cực ban vào bia (năng lượng cỡ dưới 1 MeV và khơng đủ dé tạo ra q trình sinhhủy hạt ). Nhờ notron có tính trung hịa điện, đồng thời mơment lưỡng cực điện vô cùngnhỏ (gần bằng 0) nên nơtron không tham gia tương tác điện dẫn đến độ xuyên sâu củachùm nơtron vào tinh thé là rất lớn, và bức tranh giao thoa của sóng tán xạ sẽ cho ta
thông tin về cau trúc tinh thé và cấu trúc từ của bia.
Nghiên cứu quang học nơtron phân cực giúp ta hiểu rõ hơn về sự tiến động spin
<small>của các notron trong bia có các hạt nhân phân cực [2,13,15,16].</small>
Các nghiên cứu và tính tốn về tán xạ phi đàn hồi của các nơtron phân cực trongtinh thé phân cực cho phép chúng ta nhận được các thông tin quan trọng về tiết điện tánxạ của các notron chậm trong tinh thé phân cực, hàm tương quan spin của các nút mạng
điện tử... [18,19, 23]. Ngoài ra các vấn đề về nhiễu xạ bề mặt của các nơtron trong tinh
thể phân cực đặt trong trường ngoài biến thiên tuần hoàn và sự thay đổi phân cực củanotron trong tinh thé cũng da được nghiên cứu trong các tài liệu [7,10,13].
<small>Trong bài luận văn này, chúng tôi nghiên cứu: Tan xa từ bê mặt của các notron</small>
phân cực trên tinh thé phân cực đặt trong từ trường ngoài biến thiên tuần hoàn.
Một phần kết quả của luận văn đã được báo cáo tại hội nghị vật lý của trường Đạihọc Khoa Học Tự Nhiên — Đại Học Quốc Gia Hà Nội, tháng 10 năm 2012.
<small>Nội dung của luận văn được trình bày trong 4 chương:</small>
3 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Chương 1 - Lý thuyết tán xạ của nơtron chậm trong tinh thé
Chương 2 — Tan xa của các notron phân cực trong tinh thé phân cực
Chương 3 - Phản xạ gương và khúc xạ của các nơtron trên tỉnh thể được đặt trong
<small>từ trường ngoài biên thiên tuần hoàn</small>
Chương 4 - Tan xa từ của các notron phân cực trên mặt tinh thể phân cực được đặttrong từ trường ngoài biến thiên tuần hoàn trong điều kiện có phản xạ
<small>4 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Hiện tượng: Dùng 1 chùm hat nơtron chậm phân cực chậm bắn vào bia (năng
lượng cỡ dưới 1MeV và không đủ để tạo ra q trình sinh huỷ hạt), nhờ tính chất trung
hồ về điện, đồng thời moment lưỡng cực điện vơ cùng nhỏ ( gần bằng 0) nên nơtronkhông tham gia tương tác điện, dẫn đến độ xuyên sâu của chùm nơtron vào tỉnh thể làlớn và bức tranh giao thoa của sóng tán xạ sẽ cho ta thơng tin về cấu trúc tinh thé và
<small>câu trúc từ của bia</small>
Một chùm hạt nơtron phân cực khi di vào trong tinh thể sẽ chịu tác dụng củatương tác hạt nhân, tương tác trao đổi spin và tương tác từ gây ra bởi sự phân cực củachùm notron và sự chuyền động của các electron, ca electron tự do lẫn electron khôngkết cặp trong bia tỉnh thê
<small>Nguyên nhân sinh ra tương tác từ:</small>
Nếu tính trung bình trong 1 chùm notron khơng phân cực thì moment spin sẽ bằng0, moment từ trung bình của chùm cũng bang 0 ( i,,,, = 45,5 là spin của notron,<small>mag</small>
nơtron phân cực sé ton tại một giá tri moment từ xác định. Sự chuyền động của cácelectron tự do và các electron không kết cặp trong nguyên tử sẽ tạo ra từ trường ( từtrường của các electron kết cặp triệt tiêu nhau), từ trường này và moment từ do sựphân cực của chùm notron đó sẽ là 2 nguyên nhân gây ra tương tác từ giữa tinh thé và
chùm nơtron. Chính tương tác từ này sẽ cho ta thơng tin về tính chất từ của bia
<small>Nguyên nhân sinh ra tương tác spin:</small>
<small>Do nơtron có spin khi đi vào mạng tỉnh thể sẽ xảy ra tương tác trao đổi spin giữa</small>
<small>notron với hạt nhân và giữa notron với các electron trong nguyên tử, tương tác này tỉ lệ</small>
5 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>với tích vơ hướng vecto spin của notron với hạt nhân, cũng như giữa notron với</small>
Đối với phần thế hạt nhân, thông thường người ta tính trung bình thế của nó trêntồn bộ tinh thé và coi nó là tổng của một phan hằng số và một lượng nhỏ biến thiên,phan nhỏ này là gọi là giả thế Fecmi có ảnh hưởng khơng lớn lên tiết diện tán xạ so vớiphần còn lại. Giá tri của phần hang số được xác định từ thực nghiệm
Từ những phân tích định tính trên, dé tính tốn tiết diện tán xạ của chùm notronmột cách thuận tiện ta có thé chọn lý thuyết nhiễu loạn với phép xấp xi gần đúng Born.
Giả sử ban đầu hạt nhân bia được mơ tả bởi hàm sóng Im,lm), là hàm riêng của
<small>toán tử Hamilton của bia với năng lượng tương ứng là Eạ: HH |n) = E, | n</small>
Sau khi tương tác với notron, sẽ chuyên trạng thái khác |n ›.
Cịn nơtron có thé thay đổi xung lượng va spin của nó. Giả sử trạng thái ban đầu
<small>của notron được mơ tả bởi hàm sóng | p,/),| p,24) là hàm riêng của toán tử Hamilton và</small>
<small>toán tử năng lượng E, : H| p,4) = E, | p,2) vàcó vecto sóng là k</small>
<small>Trang thái của nơtron sau khi tương tác là | p',2') với năng lượng E,: và vectơ sóng</small>
<small>là k'</small>
Theo lý thuyết nhiễu loạn, xác định xác suất để nơtron chuyển từ trạng thái
| p, A) sang trạng thái | p',2') mà không cần quan tâm tới trạng thái của bia được tinh
ø„„: thành phần chéo của ma trận mật độ hạt nhân bia
<small>En, Em, Ep, E, là các năng lượng tương ứng cua hạt nhân bia và nơtron trước vàsau khi tán xạ</small>
6 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7"><small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
<small>6(E,+ E,—E, —E,°) — Hàm delta Dirac</small>
<small>+œ i</small>
<small>6(E,+ Ep— En —E, eñ dt</small><sub>(En+ )= 22h 3,</sub>
Ở đây chúng ta đưa vào kí hiệu hỗn hợp dé cho yếu tố ma trận
<small>F = L</small>
Như vậy là các yếu tố ma trận của toán tử tương tác của notron với hạt bia lay theo
Viết (1) dưới dang tường minh:
Thay (1.1.3) vào (1.1.2), chú ý rằng trong trường hop này ta không quan tâm tới sukhác nhau của hạt bia trước và hạt bia sau tương tác, vì vậy cơng thức lấy tơng theo n’,
<small>n chính là vêt của chúng và được viết lại:</small>
7 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
trong do k, - hang số Boltzman, T- Nhiệt độ tuyệt đối
Giá trị trung bình thống kê của đại lượng Vật lý được tính theo các hàm phân bố
Do các detector hiện tai của chúng ta thường "mù" đối với sự định hướng spInnên thông thường chúng ta lấy trung bình cho tất cả các trạng thái phân cực của nơtron
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>Nêu chuân hóa ham sóng của notron trên ham đơn vị thì tiét diện tan xạ hiệu dung</small>
Nhu vậy với một cấu trúc tinh thé xác định, về mặt nguyên tắc chúng ta có thể
tính tốn được tiết điện tán xạ của chùm nơtron phân cực tán xạ trên bia tinh thể. Trên
<small>đây chúng ta đã xem xét hiện tượng, các loại tương tác tham gia và di tới công thứctông quát của tiệt diện tan xạ của chùm nơtron phân cực trong bài toán nghiên cứu</small>
1.2. Thế tương tác của notron chậm trong tinh thé
Thế tương tác giữa notron chậm và bia tinh thé gồm ba phan: thế tương tac hạtnhân, thế tương tác từ và thế tương tác trao đôi giữa notron và hạt nhân , giữa nơtron vàelectron tự do va electron không kết cặp trong bia tinh thé
Yếu t6 ma trận cua tương tác hạt nhân
Thế tương tác hạt nhân và tương tác trao đổi giữa notron và hạt nhân được cho bởi
giả thế Fermi:
Ở đây lay tơng theo tat cả các hạt nhân trong bia
<small>7 - vectơ toa độ của nơtron</small>
<small>Ñ, - vecto toa độ của hạt nhân thứ 1</small>
a, đ,- là các hang số ứng với hạt nhân thứ |
9 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Yếu tố ma trận của tương tác từ.
Tương tác từ của notron trong mạng tinh thể xuất hiện do các điện tử tự do chuyền
<small>động. Và bản thân nơtron cũng có mơmen từ sinh ra.</small>
<small>Mơmen từ của notron là : im, „„„ = đ,„ = SMSTrong đó:</small>
<small>y =—1.913- độ lớn mơmen từ hóa trên manhêton Bohr hạt nhân</small>
<small>2m Cc</small><sub>proton</sub>
<small>§ - spin của notron tới</small>
Thế vecto do các electron tự do va electron không kết cặp gây ra là :
Uy là hệ số từ thâm của chân không
<small>R, 1 tọa độ cua electron thứ j</small>
<small>` ; là vectơ momen spin cua electron thứ |</small>
<small>Vay từ trường do các electron gây ra tại vi trí có toa độ 7 là:</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Vậy thé tương tác tông cộng là:
<small>4 Brute Ho Ss s(§,v}y</small>
<small>z F =z</small>
<small>Nhu vậy khi xét bài toán của một chùm notron chậm khơng phân cực tán xa trong</small>
tinh thể, ngồi tương tác hạt nhân chúng còn tương tác từ và tương tác giữa notron vàelectron tự do va electron không kết cặp trong bia tinh thé. Tiết diện tán xạ vi phân sẽ
gồm đóng góp ba phần được đặc trưng bởi ba loại tương tác ở trên.
<small>11 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>Đặc trưng cho tan xa của các notron phân cực là sự giao thoa giữa tan xa hạt nhân</small>
<small>và tán xạ từ, mà điêu này đã không xảy ra khi nơtron không có sự phân cực. Khinotron phân cực, biêu thức đơi với tiệt diện tán xạ vi phân có dạng như sau:</small>
<small>2 2 1 +00 T(E„~E,)</small>
<small>dˆø _ = : Dp [ate t</small>
<small>dQdE,, (2n)*h® p 2</small><sub>P</sub>
<small>Trong đó :</small>
<small>ø„: ma trận mật độ spin của nơtron</small>
<small>Trạng thái phân cực của chùm nơtron tới được cho bởi ma trận mật độ spin:</small>
<small>1l 1.</small>
Po = 2u + Po) (2.1.2)
Py) =sp(„ø) vecto phân cực của notron và bang hai lần giá trị trung bình của spin của
<small>chum hat có các spin là 5 Điêu này chi có thé suy ra trực tiép từ các tinh chat của các</small>
<small>ma trận Pauli. Rõ ràng răng khi tiệt diện tan xạ của các notron đòi hỏi các biêu thức đêcho vêt các tích khác nhau của ma trận Pauli</small>
<small>12 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Từ các hệ thức giao hoán (2.1.3) ta dé dàng tính được biểu thức các biểu thức cầnthiết :
<small>£„„„: Ten xơ hồn tồn phan đối xứng</small>
Vì nơtron tương tác với tỉnh thể bởi hai loại chủ yếu là tương tác hạt nhân và tương
tác từ. Do vậy đại lượng V„„ được viết dưới dạng :
<small>ĩ 2 m</small>
<small>- 2 “5 _</small>
Số hạng thứ nhất mô tả tương tác hạt nhân giữa nơtron với hạt nhân
Số hạng thứ hai mô tả tương tác từ của nơtron với nguyên tử.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>Trong tích với toán tử khác và với các ma trận Pauli, kêt quả của tính tốn đó</small>
được biểu diễn dưới dạng của biểu thức (2.1.8),trong đó M ; là:
<small>= 6,5" 6,,Â7 (eS#) = Đ* =e*(e"S) =8 —&(Sé) = M</small>
<small>(p*ơ”)ø/L=(p"“ø*)ø(S”ơ? —S”(e°ø")»e?)</small>
<small>14 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
<small>= p°ơ*ơ” Sơ” — p*ơ*ơ”S”(e"ø")e?</small>
<small>(p*ơ”)Lơ” =(p*a"% (S’%oa* —$S”(e"ø°)e?)ơ7</small>
<small>=p*ơ"S?ơ?ø” - p*o*S*(e’a" je’ oa”</small>
<small>=5 S/ơ?S/ơ“—S”(e?ơ?)e°S!ơ“—S/ơ?S7(e°ø")e*</small>
<small>+S? (eo je“ Si (e’a” Je“ }</small>
<small>= 6,8) Sh — (e787 )e? 54,84 — Sie", (Sie") + Sere S,y,e°SHe" }</small>
= S?S% —(e* SZ \(e? SP —(S#e”(Sƒe“)+(S7e“)e®e“(S/e“) }
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
<small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"><small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
<small>1 a ax, 4a 1 1 - -iäĐ, _ igR, (0</small>
(Trong tính tốn trên ta đã áp dung các công thức tinh vết (1) và (2) (3))
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>47h” 1</small>
( Trong tính tốn trên ta áp dụng cơng thức tính vết (1) và (2))
<small>Trong các kêt quả trên đê đơn giản vân đê ta bỏ qua sự tương quan giữa các spin</small>
của các hạt nhân. Và ta tiến hành tổng quát hóa theo tat cả các trang thái của hệ .Thay các kết quả (2.1.9), (2.1.10), (2.1.11), (2.1.12) vào (2.1.8)ta tính được:
Đây chính là vết trong cơng thức tính tiết diện tán xa tổng quát trong trường
<small>notron phân cực và các spin của các hạt nhân không tương quan với nhau. Công thứcnày sẽ được áp dụng trong từng trường hợp khi ta tính tốn tan xạ notron phân cực trên</small>
từng chất riêng biệt.
19 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
Chúng ta đi phân tích phản xạ gương và khúc xạ của các notron trong tinh théđược đặt trong từ trường ngoài biến thiên.
Giả sử, các notron tiễn tới đơn tinh thé với các hạt nhân không phân cực được đặttrong từ trường ngoài biến thiên tuần hồn.
<small>ở đó: HạứŒ),H,(r) : khơng phụ thuộc thời gian</small>
qo: tần số của từ trường ngoài hiệu dụng
<small>Phương trình mơ tả tán xạ của các notron trong trường hợp này có dạng:</small>
<small>nee _</small>
<small>ở đó: m- khơi lượng cua nơtron</small>
<small>H, =uo là momen từ của nơtron</small>
<small>o : là vecto tạo từ các ma tran Pauli</small>
<small>Ham sóng ban đâu của các notron là bó sóng</small>
<small>Yo. Co, ~</small>
<small>= = ,f =f 3.3</small>
<small>Dat (3.1) vào (3.2), chúng ta có :</small>
20 Nguyễn Thị Thúy
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21"><small>Luận văn thục sĩ khoa học</small>
<small>Dùng cơng thức :</small>
<small>iot iot</small>
<small>——Ø;, Ơ_ —9,</small>
Dựa vào công thức (*) Hamiltonien của phương trình (3.4) có thê viết dưới dang :
<small>Dua vào những hàm sóng mới W nhờ các biêu thức sau :</small>
Đặt (3.6) vào (3.7) và nhân hai vế của đăng thức từ phía trái với toán tử
<small>exp {iato, /2} chúng ta nhận được :</small>
<small>21 Nguyễn Thị Thúy</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><small>Luận văn thạc sĩ khoa học</small>
Như vậy, các nghiệm của phương trình Schodinger (3.2) có thé tìm được dựa vào biểu
</div>