Neutron Mirror Gets A Boost From Boron Carbide

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Nevtronsko ogledalo — Boljše plasti: Anton Zubayer prikazuje večplastno nevtronsko ogledalo. (Z dovoljenjem: Olov Planthaber/Univerza Linköping)

Raziskovalci na Švedskem so razvili nov pristop za izdelavo večplastnih nevtronskih zrcal. Z dodajanjem borovega karbida slojem železa in silicija njihovega ogledala, Anton Zubayer na univerzi Linköping in sodelavci ustvarili napravo, ki je bolj odbojna in polarizira dohodne nevtronske žarke, zlasti pri visokih kotih sipanja.

Znanost o nevtronih vključuje sipanje žarkov počasnih nevtronov iz vzorcev. Takšni nevtroni imajo de Brogliejeve valovne dolžine, ki so enake ločitvi med atomi v trdnih snoveh, tekočinah in plinih. To pomeni, da lahko z uklonom nevtronskih žarkov določimo atomsko strukturo vzorca. Nevtroni lahko izmenjujejo kinetično energijo z atomi, tako da lahko sondirajo tudi dinamične lastnosti snovi, kot so vibracije mreže. Nevtroni imajo tudi magnetne momente, tako da lahko merijo magnetne lastnosti vzorcev.

Nekateri poskusi sipanja magnetnih nevtronov zahtevajo žarke, ki so magnetno polarizirani, vendar je ustvarjanje takih žarkov lahko izziv.

"Polarizacijska nevtronska optika je bistveni del objektov za sipanje nevtronov," pojasnjuje Zubayer. "Pridobiva vse večji pomen, saj nove vrste instrumentov zahtevajo večjo učinkovitost in nove funkcije."

Slabi vmesniki

Nevtronske žarke je mogoče polarizirati z ogledali, ki so narejena z nanosom izmeničnih plasti železa in silicija na podlago. Kljub široki uporabi imajo ta nevtronska zrcala omejitve, ki so povezane s težavo ustvarjanja atomsko ostrih vmesnikov med plastmi železa in silicija. Namesto tega vmesniki vsebujejo neželene spojine železovega silicida.

Ti grobi vmesniki pomenijo, da pri višjih kotih sipanja zrcala niso zelo učinkovita pri odboju in polarizaciji nevtronov. To je mogoče premagati z izpostavitvijo ogledal močnim zunanjim magnetnim poljem – a ker lahko ta polja vplivajo tudi na proučevane vzorce, je treba ogledala postaviti nekoliko stran od vzorcev, kar lahko zmanjša kakovost eksperimentalnih rezultatov.

Zdaj so Zubayer in njegovi sodelavci sprejeli nov pristop k izdelavi nevtronskih zrcal, ki vključuje dodajanje borovega karbida, obogatenega z izotopi, slojem železa in silicija. Borov karbid je obogaten z borom-11 – ki za razliko od bora-10 ni dober absorber nevtronov. Spojina izboljša stabilnost materialov, nanesenih z magnetronskim naprševanjem, ki je bilo uporabljeno za nalaganje plasti.

Po izgradnji plasti njihovega nevtronskega ogledala so Zubayer in sodelavci določili njegovo atomsko strukturo z uporabo več različnih tehnik slikanja, vključno z rentgensko difrakcijo in elektronsko mikroskopijo.

Tanjši in ostrejši

Kot so upali, je njihovo novo ogledalo vsebovalo veliko ostrejše vmesnike med plastmi železa in silicija ter manj železovega silicida. To je omogočilo, da so bile plasti tanjše kot prej, zaradi česar je ogledalo veliko bolj odbojno in polarizirano na nevtronske žarke pri visokih kotih sipanja. Prav tako je povzročilo manj difuznega sipanja znotraj žarkov.

Zasukani nevtroni so ustvarjeni s holografskim pristopom

S to izboljšano zmogljivostjo Zubayerjevi ekipi ni bilo več treba uporabljati zunanjega magnetnega polja, da bi dosegli želeno polarizacijo. Posledično bi lahko njihovo ogledalo postavili bližje vzorcem, ne da bi to vplivalo na meritve.

»Ugotovili smo višjo odbojnost, boljšo polarizacijo, manj hrupa v ozadju za žarkovno linijo in odpravili potrebo po velikih magnetih okoli naprave,« pojasnjuje Zubayer. "Tako bi lahko takšna optika z uporabo našega pristopa odklenila nove učinkovitosti in možnosti, kar bi vodilo do boljših, hitrejših, zanesljivejših in morda celo novih vrst eksperimentov."

S temi izboljšavami bi lahko raziskovalci povečali polarizirani nevtronski tok, ki se uporablja v poskusih, kot tudi uporabo nevtronov z višjo energijo. Ekipa upa, da bi njihov novi pristop lahko utrl pot novim eksperimentalnim odkritjem na področjih, ki zajemajo fiziko, kemijo, biologijo in medicino.

Raziskava je opisana v Znanost Predplačila.