Molecular dynamics in H₂O and D₂O analysis by inelastic scattering of 10 Å neutrons

Summary

The energy distribution of 10 Å neutrons scattered by H₂O and D₂O at 22 °C and at various angles is reported. In correspondence with the small momentum transfers involved in our measurements a broadening of the incident spectrum due to diffusive motion is in agreement with both the continuous-diffusion model and the modified crystalline model. As far as the inelastic spectrum is concerned, we find a series of peaks in the range (4÷40) meV which confirms and extend the results of the other authors. The most interesting results are, however, the discrete energy transfers, measured in the range (0.15÷4) meV, revealing a fine structure. An attempt of interpretation of these energy transfers is given.

Riassunto

Si riporta lo spettro energetico dei neutroni aventi λ=10 Å, diffusi a vari angoli, da H₂O e D₂O alla temperatura di 22 °C. Essendo piccoli i valori dei momenti trasferiti implicati nelle nostre misure, l'allargamento del picco incidente dovuto al moto diffusivo è in accordo sia col modello a diffusione continua sia col modello cristallino modificato. Per quanto riguarda lo spettro inelastico, si osserva una serie di picchi nell'intervallo (4÷40) meV che conferma ed estende i risultati di altri autori. I risultati più interessanti tuttavia riguardano i picchi rilevati nell'intervallo (0.15÷4) meV che mostrano una struttura fine. Alcuni tentativi di interpretazione dei dati sperimentali sono riportati.

Резюме

Исследуется энергетическое распределение 10 Å нейтронов, рассеянных молекулами H₂O и D₂O при 22 °C и при различных углах. При малых передаваемых импульсах, рассматриваемых в наших экспериментах, уширение спектра падающих частиц из-за диффузионного движения согласуется и с непрерывной диффузионной моделью и с модифицированной кристаллической моделью. Что касается неупругого спектра, то мы получаем ряд пиков в области (4÷40) мэВ, которые подтверздаут и обощают результаты других авторов. Однако, наиболее интересные результаты представляют дискретные передачи энергии, измеренные в области (0.15÷4) мэВ, где проявляется тонкая структура. Предлагаются возможные интерпретации указанных передаваемых энергий.