中子繞射（neutron diffraction）

中子繞射就是用中子束而非 X 光來做繞射，而換掉探針從三個深層面向改變了你能看見什麼。要做它，你需要一個慢速（熱）中子源——核反應器，或散裂源（用加速器把中子從重金屬靶中撞出）——因為中子不容易做成明亮的束。中子被賦予與原子間距相當的波長（約 1 到 2 埃），並如同 X 光一樣被晶體散射、遵守布拉格定律，產生一張圖樣，其峰位給出單位晶胞、強度給出原子位置。

關鍵差別在於中子散射的對象。X 光被每個原子周圍的電子雲散射，所以重原子（電子多）散射強、輕原子散射弱。中子不帶電；它是被那個微小的「原子核」本身透過核力散射，並另外被任何未配對的電子自旋散射。這帶來三個 X 光實驗都比不上的後果。第一，輕原子不再被掩蓋：氫、鋰、碳、氧散射中子的強度和重金屬差不多，所以你能精確定出氫化物或水分子中 X 光幾乎照不到的氫原子。第二，同一元素的不同同位素散射不同，開啟同位素對比實驗。第三，中子自身的磁矩讓它能繞射於有序的電子自旋，因此能揭示磁結構。

還有更多實用的禮物。因為中子作用微弱且不帶電，它們能深入穿透物質——幾公分厚的鋼，而非幾微米——所以中子繞射能非破壞地量測真實工程元件深處的殘留應力，或研究置於爐中、壓力槽中的樣品。誠實的代價是強度：中子源遠比 X 光管或同步輻射弱，所以你通常需要較大的樣品與長很多的計數時間，而且這工作只能在少數幾個大型國家設施進行。中子繞射不是 X 光繞射的替代品，而是互補的探針，當重點在於輕原子、同位素、磁性或深穿透時，你才伸手去拿它。