آینه نوترونی از کاربید بور تقویت می شود - دنیای فیزیک

آینه نوترونی از کاربید بور تقویت می شود - دنیای فیزیک

تمبر زمان: 2 آوریل 2024، 12:26 بعد از ظهر


آینه نوترونی
لایه های بهتر: آنتون زبایر یک آینه نوترونی چند لایه را نشان می دهد. (با احترام: Olov Planthaber/University Linköping)

یک رویکرد جدید برای ساخت آینه های نوترونی چندلایه توسط محققان در سوئد ایجاد شده است. با افزودن کاربید بور به لایه های آهنی و سیلیکونی آینه آنها، آنتون زبایر در دانشگاه لینکوپینگ و همکارانش دستگاهی ساختند که نسبت به پرتوهای نوترونی ورودی، به ویژه در زوایای پراکندگی بالا، بازتابش و قطبش بیشتری دارد.

علم نوترون شامل پراکندگی پرتوهای نوترون های آهسته از نمونه ها است. چنین نوترون هایی دارای طول موج دو بروگلی با جدایی بین اتم ها در جامدات، مایعات و گازها هستند. این بدان معناست که می توان از پراش پرتوهای نوترونی برای تعیین ساختار اتمی یک نمونه استفاده کرد. نوترون ها می توانند انرژی جنبشی را با اتم ها مبادله کنند، بنابراین می توانند خواص دینامیکی ماده مانند ارتعاشات شبکه را نیز بررسی کنند. نوترون ها همچنین دارای گشتاورهای مغناطیسی هستند تا بتوانند خواص مغناطیسی نمونه ها را اندازه گیری کنند.

برخی از آزمایش‌های پراکندگی نوترون مغناطیسی به پرتوهایی نیاز دارند که قطبش مغناطیسی هستند، اما ایجاد چنین پرتوهایی می‌تواند چالش‌برانگیز باشد.

زبایر توضیح می‌دهد: «اپتیک‌های قطبی‌کننده نوترون یک بخش ضروری برای تأسیسات پراکندگی نوترون است. از آنجایی که انواع جدیدی از ابزارها به کارایی بیشتر و ویژگی‌های جدید نیاز دارند، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

رابط های ضعیف

پرتوهای نوترونی را می توان با استفاده از آینه هایی که با قرار دادن لایه های متناوب آهن و سیلیکون بر روی یک بستر ساخته می شوند، قطبی کرد. این آینه‌های نوترونی علیرغم استفاده گسترده، محدودیت‌هایی دارند که با دشواری ایجاد رابط‌های اتمی تیز بین لایه‌های آهن و سیلیکون همراه است. در عوض، رابط ها حاوی ترکیبات سیلیسید آهن ناخواسته هستند.

این رابط‌های ناهموار به این معنی است که در زوایای پراکندگی بالاتر، آینه‌ها در بازتاب و قطبش نوترون‌ها بسیار مؤثر نیستند. می توان با قرار دادن آینه ها در معرض میدان های مغناطیسی خارجی قوی بر این مسئله غلبه کرد - اما از آنجایی که این میدان ها می توانند بر نمونه های مورد مطالعه نیز تأثیر بگذارند، آینه ها باید در فاصله ای دورتر از نمونه ها قرار گیرند و این می تواند کیفیت نتایج تجربی را کاهش دهد.

اکنون زوبایر و همکارانش رویکرد جدیدی برای ساخت آینه‌های نوترونی اتخاذ کرده‌اند که شامل افزودن کاربید بور غنی‌شده با ایزوتوپ به لایه‌های آهن و سیلیکون است. کاربید بور با بور-11 غنی شده است - که برخلاف بور-10، جاذب خوبی برای نوترون ها نیست. این ترکیب باعث بهبود پایداری مواد رسوب‌شده از طریق کندوپاش مگنترون می‌شود که برای رسوب لایه‌ها استفاده می‌شد.

پس از ساختن لایه‌های آینه نوترونی، زوبایر و همکارانش ساختار اتمی آن را با استفاده از چندین تکنیک تصویربرداری مختلف از جمله پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی تعیین کردند.

نازک تر و تیزتر

همانطور که آنها امیدوار بودند، آینه جدید آنها دارای رابط های بسیار واضح تر بین لایه های آهن و سیلیکون و سیلیسید آهن کمتر بود. این باعث شد که لایه‌ها نازک‌تر از قبل شوند، و این امر باعث می‌شود که آینه نسبت به پرتوهای نوترونی در زوایای پراکندگی بالا بسیار منعکس‌کننده‌تر و قطبی‌تر شود. همچنین منجر به پراکندگی کمتر پراکنده در تیرها شد.

با این عملکرد بهبود یافته، تیم زبایر دیگر نیازی به استفاده از میدان مغناطیسی خارجی برای دستیابی به قطبش مطلوب نداشت. در نتیجه، آینه آنها را می‌توان نزدیک‌تر به نمونه‌ها قرار داد بدون اینکه بر اندازه‌گیری‌ها تأثیر بگذارد.

Zubayer توضیح می دهد: "ما به بازتاب بالاتر، قطبش بهتر، نویز پس زمینه کمتر برای خط پرتو پی برده ایم و نیاز به آهنرباهای بزرگ در اطراف دستگاه را حذف کرده ایم." بنابراین، چنین اپتیک‌هایی با استفاده از رویکرد ما می‌توانند کارایی‌ها و امکانات جدیدی را باز کنند که منجر به آزمایش‌های بهتر، سریع‌تر، قابل اعتمادتر و شاید حتی جدیدتر شود.»

با این پیشرفت‌ها، محققان می‌توانند شار نوترون قطبی شده مورد استفاده در آزمایش‌ها و همچنین استفاده از نوترون‌های با انرژی بالاتر را افزایش دهند. این تیم امیدوار است رویکرد جدید آنها بتواند راه را برای اکتشافات تجربی جدید در زمینه های فیزیک، شیمی، زیست شناسی و پزشکی هموار کند.

تحقیق در شرح داده شده است با پیشرفتهای علمی.

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک