Neutronipeili saa lisäpotkua boorikarbidista – Physics World

Ruotsalaiset tutkijat ovat kehittäneet uuden lähestymistavan monikerroksisten neutronipeilien valmistukseen. Lisäämällä boorikarbidia peilin rauta- ja piikerroksiin, Anton Zubayer Linköpingin yliopistossa ja kollegat loivat laitteen, joka heijastaa ja polarisoi paremmin saapuvia neutronisäteitä, erityisesti suurilla sirontakulmilla.

Neutronitiede sisältää hitaasti liikkuvien neutronien säteiden sirontaa näytteistä. Tällaisilla neutroneilla on de Broglien aallonpituudet, jotka ovat samat kuin kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen atomien erottelussa. Tämä tarkoittaa, että neutronisäteiden diffraktiota voidaan käyttää näytteen atomirakenteen määrittämiseen. Neutronit voivat vaihtaa kineettistä energiaa atomien kanssa, joten ne voivat myös tutkia aineen dynaamisia ominaisuuksia, kuten hilavärähtelyjä. Neutroneilla on myös magneettisia momentteja, jotta ne voivat mitata näytteiden magneettisia ominaisuuksia.

Jotkut magneettisten neutronien sirontakokeet vaativat magneettisesti polarisoituja säteitä, mutta tällaisten säteiden luominen voi olla haaste.

"Polarisoiva neutronioptiikka on olennainen osa neutronien sirontalaitteistoa", Zubayer selittää. "Sen merkitys kasvaa, kun uudentyyppiset instrumentit vaativat suurempaa tehokkuutta ja uusia ominaisuuksia."

Huonot käyttöliittymät

Neutronisäteitä voidaan polarisoida peileillä, jotka on valmistettu kerrostamalla vuorotellen rauta- ja piikerroksia alustalle. Laajasta käytöstä huolimatta näillä neutronipeileillä on rajoituksia, jotka liittyvät vaikeuteen luoda atomisesti teräviä rajapintoja rauta- ja piikerrosten välille. Sen sijaan rajapinnat sisältävät ei-toivottuja rautasilisidiyhdisteitä.

Nämä karkeat rajapinnat tarkoittavat, että suuremmilla sirontakulmilla peilit eivät ole kovin tehokkaita heijastamaan ja polarisoimaan neutroneja. Tämä voidaan voittaa altistamalla peilit voimakkaille ulkoisille magneettikentille – mutta koska nämä kentät voivat vaikuttaa myös tutkittaviin näytteisiin, peilit on sijoitettava jonkin matkan päähän näytteistä, mikä voi heikentää koetulosten laatua.

Nyt Zubayer ja kollegat ovat ottaneet uuden lähestymistavan neutronipeilien valmistukseen, mikä sisältää isotoopilla rikastetun boorikarbidin lisäämisen rauta- ja piikerroksiin. Boorikarbidi on rikastettu boori-11:llä, joka toisin kuin boori-10 ei ole hyvä neutronien absorboija. Seos parantaa kerrosten kerrostukseen käytetyn magnetronisputteroinnin avulla kerrostuneiden materiaalien stabiilisuutta.

Neutronipeilin kerrosten rakentamisen jälkeen Zubayer ja kollegat määrittelivät sen atomirakenteen käyttämällä useita erilaisia ​​​​kuvaustekniikoita, mukaan lukien röntgendiffraktio ja elektronimikroskopia.

Ohuempi ja terävämpi

Kuten he toivoivat, heidän uudessa peilissään oli paljon terävämmät rajapinnat rauta- ja piikerrosten välillä ja vähemmän rautasilisidiä. Tämä mahdollisti kerrosten tekemisen aiempaa ohuemmiksi, mikä teki peilistä paljon heijastavamman ja polarisoivan neutronisäteille suurilla sirontakulmilla. Se johti myös pienempään hajasirontaan säteiden sisällä.

Tämän parannetun suorituskyvyn ansiosta Zubayerin tiimin ei enää tarvinnut käyttää ulkoista magneettikenttää halutun polarisaation saavuttamiseksi. Tämän seurauksena niiden peili voitiin sijoittaa lähemmäksi näytteitä vaikuttamatta mittauksiin.

"Olemme saavuttaneet paremman heijastavuuden, paremman polarisaation, vähemmän taustakohinaa sädelinjalle ja poistaneet suurten magneettien tarpeen laitteen ympärillä", Zubayer selittää. "Tällainen lähestymistapamme käyttävä optiikka voisi avata uusia tehokkuuksia ja mahdollisuuksia, mikä johtaa parempiin, nopeampiin, luotettavampiin ja ehkä jopa uudentyyppisiin kokeisiin."

Näillä parannuksilla tutkijat voisivat lisätä kokeissa käytettävää polarisoitunutta neutronivirtaa sekä korkeamman energian neutronien käyttöä. Tiimi toivoo, että heidän uusi lähestymistapansa voisi tasoittaa tietä uusille kokeellisille löydöksille fysiikan, kemian, biologian ja lääketieteen aloilla.

Tutkimusta kuvataan Tiede ennakot.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/