Neutron scatteringNeutron scattering, the irregular dispersal of free neutrons by matter, can refer to either the naturally occurring physical process itself or to the man-made experimental techniques that use the natural process for investigating materials. The natural/physical phenomenon is of elemental importance in nuclear engineering and the nuclear sciences. Regarding the experimental technique, understanding and manipulating neutron scattering is fundamental to the applications used in crystallography, physics, physical chemistry, biophysics, and materials research.
Diffraction de neutronsLa diffractométrie de neutrons est une technique d'analyse basée sur la diffraction des neutrons sur la matière. Elle est complémentaire à la diffractométrie de rayons X. L'appareil de mesure utilisé s'appelle un diffractomètre. Les données collectées forment le diagramme de diffraction ou diffractogramme. La diffraction n'ayant lieu que sur la matière cristalline, on parle aussi de radiocristallographie. Pour les matériaux non-cristallins, on parle de diffusion. La diffraction fait partie des méthodes de diffusion élastique.
NeutronLe neutron est une particule subatomique de charge électrique nulle. Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, liés avec des protons par l'interaction forte. Alors que le nombre de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope. Les neutrons liés dans un noyau atomique sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes (880,3 secondes). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion nucléaires.
Spectroscopie neutronique à écho de spinLa 'spectroscopie neutronique à écho de spin' (neutron spin echo ou NSE en anglais) est une technique de spectroscopie proposée dès 1972 par Ferenc Mezei. Les instruments dédiés permettent d'étudier des phénomènes relativement lents à l'échelle microscopique, avec des temps caractéristiques allant jusqu'à quelques centaines de nanosecondes. Son utilisation sur la base de spectromètres à trois axes permet également d'améliorer leur résolution en énergie d'au moins deux ordres de grandeur (E de l'ordre du eV).
Température neutroniquevignette|400px|Graphique des fonctions de densité de probabilité de vitesse de la vitesse de quelques gaz nobles à une température de (). Des distributions de vitesse similaires sont obtenues pour des neutrons modérés. La température neutronique, aussi appelée par métonymie « énergie des neutrons », est l'énergie cinétique moyenne d'un neutron libre dans sa population, énergie qui est habituellement donnée en électron-volts (abréviation eV et ses multiples, keV, MeV), la température étant en kelvins (K) ou en degrés Celsius (°C).
Small-angle neutron scatteringSmall-angle neutron scattering (SANS) is an experimental technique that uses elastic neutron scattering at small scattering angles to investigate the structure of various substances at a mesoscopic scale of about 1–100 nm. Small angle neutron scattering is in many respects very similar to small-angle X-ray scattering (SAXS); both techniques are jointly referred to as small-angle scattering (SAS).
Diffusion RamanLa diffusion Raman, ou effet Raman, est un phénomène optique découvert indépendamment en 1928 par les physiciens Chandrashekhara Venkata Râman et Leonid Mandelstam. Cet effet consiste en la diffusion inélastique d'un photon, c'est-à-dire le phénomène physique par lequel un milieu peut modifier légèrement la fréquence de la lumière qui y circule. Ce décalage en fréquence correspond à un échange d'énergie entre le rayon lumineux et le milieu. Cet effet physique fut prédit par Adolf Smekal en 1923.
Détection de neutronsvignette|Structure des quarks neutroniques (forme annulaire) La détection de neutrons est la détection effective de neutrons entrant dans un détecteur. Il existe deux aspects de la détection effective de neutrons : l'aspect matériel (hardware) et l'aspect logiciel (software). Le matériel de détection désigne le genre de détecteur utilisé (le plus souvent, un détecteur à scintillation) et l'électronique qui y est liée. D'autre part, le montage du matériel définit aussi les paramètres expérimentaux, tels que la distance entre source et détecteur ou l'angle solide du détecteur.
Diffusion des ondesLa diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, le son ou un faisceau de particules, est dévié dans diverses directions par une interaction avec d'autres objets. La diffusion peut être isotrope, c'est-à-dire répartie uniformément dans toutes les directions, ou anisotrope. En particulier, la fraction de l'onde incidente qui est retournée dans la direction d'où elle provient est appelée rétrodiffusion (backscatter en anglais). La diffusion peut s'effectuer avec ou sans variation de fréquence.
Source de neutronsUne source de neutrons est un équipement qui émet des neutrons. Il existe une grande variété de sources qui vont des sources radioactives portables aux réacteurs nucléaires ou aux sources de spallation. Suivant l'énergie et le flux des neutrons, la taille de la source, les coûts et la réglementation, ces équipements peuvent être trouvés dans des domaines aussi variés que la physique, l’ingénierie, la médecine, l'armement nucléaire, l'exploration pétrolière, la biologie, la chimie et l'industrie nucléaire.
European Spallation SourceL'ESS (pour European Spallation Source en anglais, soit en français source européenne de spallation) est le nom d'une future installation de recherche scientifique sur la matière utilisant des techniques de dispersion des neutrons. La construction à Lund, en Suède, a commencé le 30 juin 2014, avec des prévisions de mise en service en 2019 et une installation entièrement opérationnelle en 2025. En 2016, le Comité directeur de l'ESS rassemble 16 pays partenaires.
Modérateur (nucléaire)Placé au cœur d'un réacteur nucléaire, le modérateur est la substance qui ralentit les neutrons sans les absorber, permettant ainsi une réaction nucléaire en chaîne efficace. L'élément retenu pour concevoir le modérateur d'un réacteur nucléaire est le plus souvent soit : de l'hydrogène : réacteur à eau légère ; du deutérium : réacteur à eau lourde ; ou du carbone : réacteur au graphite. Le principe de ralentissement des neutrons est théorisé par le concept de thermalisation des neutrons et est utilisé dans les réacteurs à neutrons thermiques.
Capture neutroniqueEn physique nucléaire, la capture neutronique est le processus par lequel un noyau capture un neutron sans se désintégrer (et émet un rayonnement gamma pour évacuer l'énergie en excès). Ils fusionnent pour former un noyau plus lourd. Comme les neutrons n'ont pas de charge électrique, ils peuvent entrer dans un noyau plus facilement que les particules chargées positivement, qui sont repoussées électrostatiquement. La capture de neutrons joue un rôle important dans la nucléosynthèse cosmique des éléments lourds.
SpectromètreUn spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité observée — un faisceau lumineux en spectroscopie, ou bien un mélange de molécules par exemple en spectrométrie de masse — en ses éléments simples qui constituent son spectre. En optique, il s'agit d'obtenir les longueurs d'onde spécifiques constituant le faisceau lumineux (spectre électromagnétique) tandis que, pour un mélange chimique, il s'agira d'obtenir les masses spécifiques de chacune des molécules (spectre de masse).
Diffusion BrillouinLa 'diffusion Brillouin' est la diffusion inélastique de la lumière par les ondes acoustiques d'un milieu. Dans une expérience de diffusion Brillouin, on illumine un milieu à l'aide d'un faisceau laser et on détecte la lumière diffusée à une fréquence légèrement différente. Les décalages en fréquence observés sont de l'ordre de 1 à 200 GHz environ. La mesure de ce décalage permet de remonter à certaines propriétés du milieu. Cet effet a été prédit en 1914 par Léon Brillouin.
Neutron cross sectionIn nuclear physics, the concept of a neutron cross section is used to express the likelihood of interaction between an incident neutron and a target nucleus. The neutron cross section σ can be defined as the area in cm2 for which the number of neutron-nuclei reactions taking place is equal to the product of the number of incident neutrons that would pass through the area and the number of target nuclei. In conjunction with the neutron flux, it enables the calculation of the reaction rate, for example to derive the thermal power of a nuclear power plant.
Diffusion profondément inélastiqueLa diffusion profondément inélastique est un processus de diffusion entre particules. Ce processus est notamment utilisé pour sonder l'intérieur des hadrons, et en particulier les nucléons, à l'aide d'un faisceau de leptons (électrons, muons ou neutrinos). Le lepton incident vient interagir avec une partie du hadron par l'intermédiaire d'un boson (par exemple un photon virtuel).
Découverte du neutronvignette| James Chadwick à la Conférence Solvay de 1933. Chadwick avait découvert le neutron l'année précédente alors qu'il travaillait au laboratoire Cavendish. La découverte du neutron et de ses propriétés a été au cœur des développements spectaculaires de la physique atomique dans la première moitié du XXe siècle. Au début du siècle, Ernest Rutherford avait développé un modèle rudimentaire de l'atome, à la suite des résultats de l'expérience de la feuille d'or qu'avaient menée ses deux assistants Hans Geiger et Ernest Marsden.
Diffusion inélastique de rayonnementOn parle de diffusion inélastique de rayonnement (onde électromagnétique, mais aussi neutron) lorsque l'énergie du rayonnement diffusé est différente de l'énergie du rayonnement incident. En spectroscopie, on parle de processus Stokes, lorsque l'énergie du rayonnement diffusé est inférieure au rayonnement incident ; il y a gain d'énergie dans l'échantillon par la création d'une excitation (phonon, magnon etc.) et de processus anti-Stokes dans le cas contraire. Plusieurs techniques de spectroscopie exploitent ce phénomène.
Electron scatteringElectron scattering occurs when electrons are displaced from their original trajectory. This is due to the electrostatic forces within matter interaction or, if an external magnetic field is present, the electron may be deflected by the Lorentz force. This scattering typically happens with solids such as metals, semiconductors and insulators; and is a limiting factor in integrated circuits and transistors.
