Vectơ phân cực của các nơtron tán xạ hạt nhân trên bề mặt tinh thể có các hạt nhân phân cực được đặt trong từ trường ngoài biến thiên tuần hoàn khi có phản xạ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HOA NỮ VECTƠ PHÂN CỰC CỦA CÁC NƠTRON TÁN XẠ HẠT NHÂN TRÊN BỀ MẶT TINH THỂ CÓ CÁC HẠT NHÂN PHÂN CỰC ĐƢỢC ĐẶT TRONG TỪ TRƢỜNG NGOÀI BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN KHI CÓ PHẢN XẠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VŨ THỊ HOA NỮ VECTƠ PHÂN CỰC CỦA CÁC NƠTRON TÁN XẠ HẠT NHÂN TRÊN BỀ MẶT TINH THỂ CÓ CÁC HẠT NHÂN PHÂN CỰC ĐƢỢC ĐẶT TRONG TỪ TRƢỜNG NGOÀI BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN KHI CÓ PHẢN XẠ Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số: 60440103 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN ĐÌNH DŨNG Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy giáo, PGS.TS Nguyễn Đình Dũng Cảm ơn thầy truyền đạt cho em kiến thức cần thiết, hướng dẫn, bảo em nhiệt tình suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô tổ Vật lý lý thuyết vật lý toán, thầy cô khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội quan tâm tạo điều kiện giúp đỡ em suốt thời gian học tập làm khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến anh chị, bạn học viên cao học khóa 2012 - 2014 học tập nghiên cứu Bộ môn Vật lý lý thuyết vật lý toán - Khoa Vật lý – Trường ĐH KHTN – ĐH QGHN giúp đỡ em trình làm luận văn Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè động viên, giúp đỡ em suốt thời gian thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Vũ Thị Hoa Nữ MỤC LỤC MỞĐẦU………………………………………………………………… .1 CHƢƠNG - LÝ THUYẾT TÁN XẠ CỦA NƠTRON CHẬM TRONG TINH THỂ ……………… ……………………………………………….3 1.Cơ sở lý thuyết tán xạ nơtron chậm tinh thể… … .3 1.2 Thế tương tác nơtron chậm tinh thể…….…… …… CHƢƠNG II – PHẢN XẠ GƢƠNG VÀ KHÚC XẠ CỦA CÁC NƠTRON TRÊN TINH THỂ ĐƢỢC ĐẶT TRONG TỪ TRƢỜNG NGOÀI BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN ………………………………… ……………….11 CHƢƠNG III – TÁN XẠ HẠT NHÂN CỦA CÁC NƠTRON PHÂN CỰC TRÊN BỀ MẶT TINH THỂ CÓ CÁC HẠT NHÂN PHÂN CỰC ĐƢỢC ĐẶT TRONG TỪ TRƢỜNG NGOÀI BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN KHI CÓ PHẢN XẠ… ……………… …………………….18 3.1 Tiết diện hiệu dụng tán xạ không đàn hồi nơtron mặt tinh thể có hạt nhân phân cực đặt từ trường biến thiên tuần hoàn…………………… …….…….……………… 18 3.2 Tiết diện tán xạ bề mặt hiệu dụng nơtron trường hợp có phản xạ toàn phần………………………… ……………………24 CHƢƠNG IV - VECTƠ PHÂN CỰC CỦA CÁC NƠTRON TÁN XẠ HẠT NHÂN TRÊN BỀ MẶT TINH THỂ CÓ CÁC HẠT NHÂN PHÂN CỰC ĐƢỢC ĐẶT TRONG TỪ TRƢỜNG NGOÀI BIẾN THIÊN TUẦN HOÀN KHI CÓ PHẢN XẠ………………………………….….…… 27 KẾT LUẬN………………………………………………………… … 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………… ………41 Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Hiện nay, trình tán xạ nơtron chậm phân cực sử dụng rộng rãi để nghiên cứu vật lý chất đông đặc phân cực Các nơtron chậm công cụ độc đáo việc nghiên cứu động học hạt nhân nguyên tử vật chất cấu trúc từ chúng [14, 15, 19, 20, 21] Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, đặc biệt cấu trúc từ tinh thể, ngày phương pháp quang học nơtron phân cực sử dụng rộng rãi Chúng ta dùng chùm nơtron chậm phân cực bắn vào bia (năng lượng cỡ MeV không đủ để tạo trình sinh, hủy hạt) Nhờ nơtron có tính trung hòa điện, đồng thời momen lưỡng cực điện vô nhỏ (gần 0) nên nơtron không tham gia tương tác điện dẫn đến độ xuyên sâu chùm nơtron vào tinh thể lớn, tranh giao thoa sóng tán xạ cho ta thông tin cấu trúc tinh thể cấu trúc từ bia Điều giúp ta hiểu rõ tiến động spin nơtron bia có hạt nhân phân cực [2, 17, 18] Các nghiên cứu tính toán tán xạ phi đàn hồi nơtron phân cực tinh thể phân cực cho phép nhận thông tin quan trọng tiết diện tán xạ nơtron chậm tinh thể phân cực, hàm tương quan spin hạt nhân …[11, 25] Ngoài vấn đề nhiễu xạ bề mặt nơtron tinh thể phân cực đặt trường biến thiên tuần hoàn thay đổi phân cực nơtron tinh thể nghiên cứu [9, 11, 12, 13] Trong luận văn này, nghiên cứu: Vectơ phân cực nơtron tán xạ hạt nhân bề mặt tinh thể có hạt nhân phân cực đặt từ trường biến thiên tuần hoàn có phản xạ Luận văn thạc sĩ khoa học Nội dung luận văn trình bày chương: Chƣơng – Lý thuyết tán xạ nơtron chậm tinh thể Chƣơng – Phản xạ gƣơng khúc xạ nơtron tinh thể đƣợc đặt từ trƣờng biến thiên tuần hoàn Chƣơng – Tán xạ hạt nhân nơtron phân cực mặt tinh thể có hạt nhân phân cực đƣợc đặt từ trƣờng biến thiên tuần hoàn có phản xạ Chƣơng – Vectơ phân cực nơtron tán xạ hạt nhân mặt tinh thể có hạt nhân phân cực đƣợc đặt từ trƣờng biến thiên tuần hoàn có phản xạ Phương pháp nghiên cứu sử dụng luận văn phương pháp quang học hạt nhân học lượng tử Luận văn thạc sĩ khoa học CHƢƠNG LÝ THUYẾT TÁN XẠ CỦA NƠTRON CHẬM TRONG TINH THỂ 1.Cơ sở lý thuyết tán xạ nơtron chậm tinh thể Hiện tượng: Dùng chùm hạt nơtron chậm phân cực chậm bắn vào bia (năng lượng cỡ 1MeV không đủ để tạo trình sinh huỷ hạt), nhờ tính chất trung hoà điện, đồng thời moment lưỡng cực điện vô nhỏ ( gần 0) nên nơtron không tham gia tương tác điện, dẫn đến độ xuyên sâu chùm nơtron vào tinh thể lớn tranh giao thoa sóng tán xạ cho ta thông tin cấu trúc tinh thể cấu trúc từ bia Một chùm hạt nơtron phân cực vào tinh thể chịu tác dụng tương tác hạt nhân, tương tác trao đổi spin tương tác từ gây phân cực chùm nơtron chuyển động electron, electron tự lẫn electron không kết cặp bia tinh thể Nguyên nhân sinh tương tác từ: Nếu tính trung bình chùm nơtron không phân cực moment spin    0, moment từ trung bình chùm ( mmag  0 s , s spin nơtron), µ = -1.1913µ0 với µ0 manheton hạt nhân ( 0  e ) Còn trường hợp nơtron phân cực tồn giá trị 2m protonc moment từ xác định Sự chuyển động electron tự electron không kết cặp nguyên tử tạo từ trường (từ trường electron kết cặp triệt tiêu nhau), từ trường moment từ phân cực chùm nơtron nguyên nhân gây tương tác từ tinh thể chùm nơtron Chính tương tác từ cho ta thông tin tính chất từ bia Luận văn thạc sĩ khoa học Nguyên nhân sinh tương tác spin: Do nơtron có spin vào mạng tinh thể xảy tương tác trao đổi spin nơtron với hạt nhân nơtron với electron nguyên tử, tương tác tỉ lệ với tích vô hướng vectơ spin nơtron với spin hạt nhân, spin nơtron với spin electron Từ phân tích định tính trên, để tính toán tiết diện tán xạ chùm nơtron cách thuận tiện ta chọn lý thuyết nhiễu loạn với phép xấp xỉ gần Born Giả sử ban đầu hạt nhân bia mô tả hàm sóng | n , hàm riêng toán tử Hamilton bia với lượng tương ứng En: H | n  En | n Sau tương tác với nơtron, chuyển trạng thái khác n ' Còn nơtron thay đổi xung lượng spin Giả sử trạng thái ban đầu nơtron mô tả hàm sóng | p,   , | p,   hàm riêng toán tử Hamilton toán tử lượng Ep : H | p,    E p | p,   có vectơ  sóng k Trạng thái nơtron sau tương tác | p' ,  '  với lượng Ep'  vectơ sóng k ' Theo lý thuyết nhiễu loạn, xác định xác suất để nơtron chuyển từ trạng thái | p,   sang trạng thái | p' ,  '  mà không cần quan tâm tới trạng thái bia tính theo công thức: Wp''| p  2 nn | n ', p ',  '| V | n, p,   |2  ( E p '  En'  E p  En )   n,n ' (1.1.1) Luận văn thạc sĩ khoa học Trong : V: toán tử tương tác nơtron với hạt nhân bia (thế nhiễu loạn gây chuyển trạng thái, bao gồm hạt nhân, trao đổi spin từ)  nn : thành phần chéo ma trận mật độ hạt nhân bia En, En‟, Ep, Ep‟ lượng tương ứng hạt nhân bia nơtron trước sau tán xạ δ(En+ Ep En‟ Ep‟) – Hàm delta Dirac  δ(En+ Ep En‟ i  ( E p '  En '  E p  En ) t  e dt Ep‟)=  2  Ở đưa vào kí hiệu hỗn hợp yếu tố ma trận   n ' p ' V n p  n ' Vp ' p n Như yếu tố ma trận toán tử tương tác nơtron với hạt bia lấy theo trạng thái nơtron Vp ' p toán tử tương biến số hạt bia Viết (1.1.1) dạng tường minh:  i ( E p '  En '  E p  En ) t Wp' '|p     nn n'| V p ' '| p | n  n'| V p ' '| p | ne  dt   n , n '  i i ( En '  En ) t ( E p '  E p )t     nn  n | V p' ' p | n'  e   n'| V p ' ' p | n e  dt   n , n '  i i ( E p '  E p )t ( En '  En ) t    e   n | V | n '   n ' | V | n  e dt  nn p ' ' p p ' ' p   n,n ' (1.1.2) En', En trị riêng toán tử Hamilton với hàm riêng |n›, |n'›, ta viết lại biểu diễn Heisenberg Luận văn thạc sĩ khoa học TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Quang Báu, Bùi Đằng Đoan, Nguyễn Văn Hùng, (2004), Vật lý thống kê, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Đình Dũng “ Sự tiến động spin nơtron tinh thể có hạt nhân phân cực đặt từ trường biến thiên tuần hoàn ”, Tạp chí KHĐHQG Hà Nội, 1997, t.XIII, N03, Tr.10-14 Nguyễn Xuân Hãn, ( 1998), Cơ học lượng tử , Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Văn Hùng, (2000), Vật lý chất rắn, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Văn Hùng (2005), Điện Động Lực Học, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lê Văn Trực, Nguyễn Văn Thoả, (2005), Phương pháp toán cho vật lý, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội Lê Văn Tuyền (2005), Phản xạ gương nơtron tinh thể với hạt nhân phân cực, khoá luận tốt nghiệp chuyên ngành vật lý lý thuyết vật l toán, Đại học khoa học tự nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội TIẾNG ANH Do Thi Van Anh, Nguyen Van Tu, Nguyen Dinh Dung ( 2008), Tatal diffraction reflection of polarized neutrons by polarized crystal placed in periodical variable magnetic field, Science Conference on Physics, Ha Noi university of science, Ha Noi 10 Beteman B., Cole H.(1961), “ Dynamical Diffraction of X-Ray by perfect crystals” Rev.Mod.Phys., V.36,N.3, P.681-717 Luận văn thạc sĩ khoa học 11 Nguyen Dinh Dung, (1992), “ Nuclear scattering of polarized neutrons by crystal with polarized nucleus in presence of surface diffraction”, ICTP, Trieste, IC/92/335 12 Nguyen Dinh Dung,(1994), “Surface diffraction of neutrons by polarized crystals placed in periodical variable magnetic field”, Proceeding of NCST of Vietnam, Vol.6, No.2, P.41-45 13 Nguyen Dinh Dung, Nguyen Van Tu, Do Thi Van Anh (2008), Nuclear scattering of neutron when there is the surface diffraction on polarized crystal placed in periodical variable magnetic field, Annual National Conference on Theoretical Physics 33nd, Da Nang 14 Mazur P and Mills D.L (1982 ), “ Inelasticscattering of neutrons by surface spin waves on ferromagnets”.Phys.Rev.B., V26, N.9, P.5175-5186 TIẾNG NGA 15 Барышевский В Г (1976), „„Ядерная оптика поляризованных сред‟‟ Ми:Изд БГУ, -144 С 16 Барышевснй В Г., Каналирование (1982), '' изучение и реакцни в кристаллах при высоки знергиеях''.-Мн: изд.Б гу им В И Ленина, -255с 17 Барышевснй В Г (1981), ''Многчастотная прецессия спина нейтрона в однородом маганитом поле''.// Письма в ЖЭТФ.-Т.33.-В.I -C 78-81 18 Барышевснй В Г., Черепица С В (1985) '' Явление прецессии нейтронов и спиновых дихроизм немаганитных неполяризованных кристаллов''.// Вестник АН БССР.- Сер Физ.мат наук.-з.-с.116-118 19 Гуреви И.И , Тарасов Л В (1965) ''Физика Нейтронов низких энергий'' -М: Наука.-607 с Luận văn thạc sĩ khoa học 20 Изюмов Ю А (1963) „„Теория рассеяние медленных нейтронов в магнитных кристаллах‟‟ // УФН - Т 80 В.I, С41 - 92 21 Изюмов Ю.А., Озеров Р П (1966) „„магнитная нейтронография‟‟- M : Наука ,- 532с 22 Нъютон Р (1969) ''Теопия рассеяния волн и частиц'' -М: Мир, -607с 23 Сликтер И (1981) ''Основы тоерии магнитного резонананса''.- М: Мир, 156 с 24 Турчин В Ф.(1963) ''Медленные нейтроны''.-М: Атомиздат, - 372 с 25 Нгуен Динь Зунг (1987), ''диссертация на соискание ученой степени кандидатан физико''- математитеских наук Удк 539 121 7-Минск