中性子回折と液体構造　６

Ｑ． (3)式で、散乱に寄与する原子核の数 N は、実験的にはどうやって決めるのですか？

Ａ． N は、サンプルセルを通過する中性子線の、幅と高さから散乱に寄与するサンプルの体積を求め、それに液体の密度をかけて計算します。ですから、こうした実験の時には、中性子線の高さ方向はスリットにより正確に絞りますが、幅についてはあまり絞り込まず、セルが中性子線に完浴するようにして、体積の計算の誤差を小さくするようにします。

Ｑ．Ｘ線を用いた回折実験と比べて、中性子を用いるメリットにはどのようなものがあるでしょうか。

Ａ．圧力をかけたりする実験では、何といっても、中性子線の透過力がＸ線より大きいことでしょう。少々、容器が分厚いものになっても、実験が可能です。その他、一般的なこととして、

散乱振幅が中性子では Q に依存しない一定値であることから、高 Q 領域の S(Q) が高い精度で求まること、
水素のような軽元素でも十分大きな散乱が得られること、
同位元素によって散乱振幅が異なることを利用すると、部分構造因子（四塩化炭素でいえば、C-C、Cl-Cl、C-Cl 間の動径分布関数を、それぞれフーリエ変換したもの）が得られること、
中性子が磁気スピンを持っていることから、物質の磁気構造がわかること、

などが挙げられます。特に、今回はお話しませんでしたが、非弾性散乱実験により、物質のダイナミックスがわかることは、中性子散乱のもっとも大きな特徴といえるでしょう。

Ｑ．アルカン系のものなど、細長い分子にも、今回のような取扱いは可能なのでしょうか？

Ａ．今の所、そんなにたくさんやっているわけではありませんので、はっきりしたことはわかりません。ただしポリエチレンについては、解析をやって、今回と同様の手法が有効であることは、確かめています。その時には、炭素 5 個のユニットを球だと見立て、ポリエチレンがそうした球の連なった数珠であるとして、解析を行いました。

Ｑ．有効直径は、状態方程式などの立場からも、結構議論されていると思います。今回の構造因子から出てくる結果と、そうした状態方程式などで考えられている有効直径というのは、対応する結果を与えているのでしょうか？また温度依存性は、どうなっているのでしょうか？

Ａ．今回得た、四塩化炭素の有効直径は、剛体球流体を参照系に使って PVT を議論している研究で用いられているものと、ほぼ一致します。あまり高い温度で、四塩化炭素の PVT を議論している仕事はないのですが、今回の解析でえられる有効直径は、図 24 に示しますように、温度を上げていくと 5.1 Å から 4.89 Å まで小さくなっていきます。

質疑