Nuclear Science
STKC 2554

การกระเจิงนิวตรอนกับการกระเจิงรังสีเอ็กซ์

อดิศักดิ์ บุญพงษ์ และ ทิพธัญญา พูลประเสริฐ-มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
รพพน พิชา-สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

เทคนิคการกระเจิงนิวตรอน (Neutron Scattering)เป็นเทคนิคหนึ่ง ที่สามารถนํามาใช้วิเคราะห์ธาตุตัวอย่างได้ การกระเจิงของนิวตรอนเกิดได้ทั้งแบบยืดหยุ่น (Elastic Scattering) และแบบไม่ยืดหยุ่น (Inelastic Scattering) ในการศึกษาการกระเจิงแบบยืดหยุ่นนั้น เราจะศึกษาการเกิดปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน (Diffraction) จากนิวตรอน ที่กระเจิงออกมาจากลําของนิวตรอนที่ตกกระทบกับตัวอย่าง การวัดปริมาณของนิวตรอนที่เกิดการเลี้ยวเบน ในลักษณะกระจายตามมุมกระเจิงโดยเทียบกับมุมตกกระทบเริ่มต้นของลํานิวตรอน ซึ่งรูปแบบของการเลี้ยวเบน (Diffraction Pattern) จะสามารถบ่งบอกถึงโครงสร้างของวัสดุภายในได้ แต่ข้อเสียของการวิเคราะห์ธาตุโดยวิธีนี้คือ จะใช้ระยะเวลาค่อนข้างนานในการทดลอง

โดยหลักแหล่งกำเนิดนิวตรอนมาจากปฎิกิริยาฟิชชันของยูเรเนียมภายในเครื่องปฎิกรณ์นิวเคลียร์ ซึ่งจะนิยมใช้นิวตรอน เพื่อวิเคราะห์หาชนิดและปริมาณของธาตุต่าง ๆ ที่มีอยู่ในตัวอย่างแร่ เช่น แร่ดีบุก แร่พลวง แร่ยูเรเนียม เพื่อการค้นหาแหล่งแร่ การวิเคราะห์ตัวอย่างอาหารที่บริโภค เช่น ข้าว ผัก ผลไม้ เพื่อการหาธาตุที่เป็นมลพิษ ที่มีอยู่ในตัวอย่างการวิเคราะห์อวัยวะต่าง ๆ ของมนุษย์ เช่น เล็บ เส้นผม เลือด และปัสสาวะ เพื่อใช้ในการศึกษาสาเหตุของโรค

 
  สเปกตรัมพลังงานของการกระเจิงนิวตรอน (Wielopolski et al, 2007)
สำหรับเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction, XRD) นั้น อาศัยหลักการของแบรกก์ (Bragg's law) ที่ว่าเมื่อรังสีเอกซ์พลังงานเดี่ยวตกกระทบผลึกหรือโครงสร้างที่มีการจัดเรียงตัวเป็นระนาบของอะตอมอย่างมีระเบียบ จะเกิดการสะท้อนบนระนาบของผลึก และเกิดการแทรกสอด และเมื่อใดที่ผลต่างของระยะทางเดินของรังสีเอ็กซ์ มีค่าเท่ากับจำนวนเท่าของความยาวคลื่นของรังสีเอ็กซ์ จะทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสี ซึ่งรูปแบบดังกล่าว เรียกว่า Diffraction pattern ดังนั้นเมื่อเราทราบความยาวคลื่น และวัดมุมที่เกิดการเลี้ยวเบน เราก็สามารถคำนวณหา ค่าระยะระหว่างระนาบของผลึกได้
 
  สเปกตรัมมุมหักเหของการกระเจิงรังสีเอกซ์ของตัวอย่าง SiC (SERC,Carleton College)

โดยแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์จะมาจาก X-ray Tube ที่มีขั้วแอโนดเป็นโลหะเช่น Cu โดย เทคนิค XRD นี้ จะนิยมใช้เพื่อหา โครงสร้างของอะตอม หรือโมเลกุลในธาตุ หรือสารประกอบที่มีการเรียงตัวเป็นระเบียบซ้ำ ๆ กัน เช่น เพชร โซเดียมคลอไรด์ ซีเรียมออกไซด์ รวมทั้งชีวโมเลกุลที่มีโครงสร้างซับซ้อน เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก ดีเอนเอ เป็นต้น

เอกสารอ้างอิง
โพสต์เมื่อ : 25 พฤษภาคม 2554