Ο καθρέφτης νετρονίων ενισχύεται από το καρβίδιο του βορίου - Physics World

Μια νέα προσέγγιση για την κατασκευή πολυστρωματικών κατόπτρων νετρονίων αναπτύχθηκε από ερευνητές στη Σουηδία. Προσθέτοντας καρβίδιο βορίου στα στρώματα σιδήρου και πυριτίου του καθρέφτη τους, Άντον Ζουμπάγιερ στο Πανεπιστήμιο Linköping και οι συνεργάτες του δημιούργησαν μια συσκευή που είναι πιο αντανακλαστική και πολωτική στις εισερχόμενες δέσμες νετρονίων, ειδικά σε υψηλές γωνίες σκέδασης.

Η επιστήμη των νετρονίων περιλαμβάνει τη σκέδαση δεσμών βραδέων κινούμενων νετρονίων από δείγματα. Τέτοια νετρόνια έχουν μήκη κύματος de Broglie στο ίδιο επίπεδο με το διαχωρισμό μεταξύ των ατόμων σε στερεά, υγρά και αέρια. Αυτό σημαίνει ότι η περίθλαση των δεσμών νετρονίων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ατομικής δομής ενός δείγματος. Τα νετρόνια μπορούν να ανταλλάξουν κινητική ενέργεια με άτομα, έτσι μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν δυναμικές ιδιότητες της ύλης όπως οι δονήσεις του πλέγματος. Τα νετρόνια έχουν επίσης μαγνητικές ροπές ώστε να μπορούν να μετρήσουν τις μαγνητικές ιδιότητες των δειγμάτων.

Ορισμένα πειράματα σκέδασης μαγνητικών νετρονίων απαιτούν δέσμες που είναι μαγνητικά πολωμένες, αλλά η δημιουργία τέτοιων δεσμών μπορεί να είναι μια πρόκληση.

«Η πολωτική οπτική νετρονίων είναι ένα ουσιαστικό μέρος για τις εγκαταστάσεις σκέδασης νετρονίων», εξηγεί ο Zubayer. "Αποκτά μεγαλύτερη σημασία καθώς οι νέοι τύποι οργάνων απαιτούν μεγαλύτερη απόδοση και νέα χαρακτηριστικά."

Κακές διεπαφές

Οι δέσμες νετρονίων μπορούν να πολωθούν χρησιμοποιώντας κάτοπτρα που κατασκευάζονται με την εναπόθεση εναλλασσόμενων στρωμάτων σιδήρου και πυριτίου σε ένα υπόστρωμα. Παρά την ευρεία χρήση τους, αυτά τα κάτοπτρα νετρονίων έχουν περιορισμούς που σχετίζονται με τη δυσκολία δημιουργίας ατομικά ευκρινών διεπαφών μεταξύ των στρωμάτων σιδήρου και πυριτίου. Αντίθετα, οι διεπαφές περιέχουν ανεπιθύμητες ενώσεις πυριτικού σιδήρου.

Αυτές οι τραχιές διεπαφές σημαίνουν ότι σε υψηλότερες γωνίες σκέδασης, τα κάτοπτρα δεν είναι πολύ αποτελεσματικά στην ανάκλαση και την πόλωση των νετρονίων. Αυτό μπορεί να ξεπεραστεί με την έκθεση των κατόπτρων σε ισχυρά εξωτερικά μαγνητικά πεδία – αλλά επειδή αυτά τα πεδία μπορούν επίσης να επηρεάσουν τα δείγματα που μελετώνται, οι καθρέφτες πρέπει να τοποθετηθούν σε κάποια απόσταση από τα δείγματα και αυτό μπορεί να μειώσει την ποιότητα των πειραματικών αποτελεσμάτων.

Τώρα, ο Zubayer και οι συνεργάτες του έχουν υιοθετήσει μια νέα προσέγγιση για την κατασκευή κατόπτρων νετρονίων, η οποία περιλαμβάνει την προσθήκη καρβιδίου βορίου εμπλουτισμένου με ισότοπα στα στρώματα σιδήρου και πυριτίου. Το καρβίδιο του βορίου είναι εμπλουτισμένο με βόριο-11 – το οποίο σε αντίθεση με το βόριο-10, δεν είναι καλός απορροφητής νετρονίων. Η ένωση βελτιώνει τη σταθερότητα των υλικών που εναποτίθενται μέσω διασκορπισμού μαγνητρονίων, η οποία χρησιμοποιήθηκε για την εναπόθεση των στρωμάτων.

Αφού δημιούργησαν τα στρώματα του κατόπτρου νετρονίων τους, ο Zubayer και οι συνεργάτες του προσδιόρισαν την ατομική του δομή χρησιμοποιώντας πολλές διαφορετικές τεχνικές απεικόνισης, συμπεριλαμβανομένης της περίθλασης ακτίνων Χ και της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας.

Πιο λεπτό και πιο αιχμηρό

Όπως ήλπιζαν, ο νέος καθρέφτης τους παρουσίαζε πολύ πιο ευκρινείς διεπαφές μεταξύ των στρωμάτων σιδήρου και πυριτίου και λιγότερο πυριτικό σίδηρο. Αυτό επέτρεψε στα στρώματα να γίνουν πιο λεπτά από πριν, καθιστώντας τον καθρέφτη πολύ πιο ανακλαστικό και πολωτικό σε δέσμες νετρονίων σε υψηλές γωνίες σκέδασης. Οδήγησε επίσης σε λιγότερο διάχυτη διασπορά εντός των δοκών.

Με αυτή τη βελτιωμένη απόδοση, η ομάδα του Zubayer δεν χρειαζόταν πλέον να χρησιμοποιεί εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για να επιτύχει την επιθυμητή πόλωση. Ως αποτέλεσμα, ο καθρέφτης τους θα μπορούσε να τοποθετηθεί πιο κοντά στα δείγματα χωρίς να επηρεαστούν οι μετρήσεις.

«Έχουμε συνειδητοποιήσει υψηλότερη ανακλαστικότητα, καλύτερη πόλωση, λιγότερο θόρυβο φόντου για τη γραμμή δέσμης και εξαλείφουμε την ανάγκη για μεγάλους μαγνήτες γύρω από τη συσκευή», εξηγεί ο Zubayer. «Έτσι, τέτοια οπτικά που χρησιμοποιούν την προσέγγισή μας θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν νέες αποτελεσματικότητες και δυνατότητες, οδηγώντας σε καλύτερα, ταχύτερα, πιο αξιόπιστα και ίσως και νέους τύπους πειραμάτων».

Με αυτές τις βελτιώσεις, οι ερευνητές θα μπορούσαν να αυξήσουν την πολωμένη ροή νετρονίων που χρησιμοποιείται σε πειράματα καθώς και τη χρήση νετρονίων υψηλότερης ενέργειας. Η ομάδα ελπίζει ότι η νέα τους προσέγγιση θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέες πειραματικές ανακαλύψεις σε τομείς που καλύπτουν τη φυσική, τη χημεία, τη βιολογία και την ιατρική.

Η έρευνα περιγράφεται στο Προκαταβολές Επιστήμη.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/