Neutronspegeln får ett uppsving från borkarbid – Physics World

Ett nytt tillvägagångssätt för att tillverka flerskikts neutronspeglar har utvecklats av forskare i Sverige. Genom att lägga till borkarbid till järn- och kiselskikten i deras spegel, Anton Zubayer vid Linköpings universitet och kollegor skapade en enhet som är mer reflekterande och polariserande för inkommande neutronstrålar, speciellt vid höga spridningsvinklar.

Neutronvetenskap involverar spridning av strålar av långsamt rörliga neutroner från prover. Sådana neutroner har de Broglie-våglängder i paritet med separationen mellan atomer i fasta ämnen, vätskor och gaser. Detta innebär att diffraktionen av neutronstrålar kan användas för att bestämma atomstrukturen hos ett prov. Neutroner kan utbyta kinetisk energi med atomer, så de kan också undersöka dynamiska egenskaper hos materia som gittervibrationer. Neutroner har också magnetiska moment så att de kan mäta magnetiska egenskaper hos prover.

Vissa experiment med magnetisk neutronspridning kräver strålar som är magnetiskt polariserade, men att skapa sådana strålar kan vara en utmaning.

"Polariserande neutronoptik är en viktig del för neutronspridningsanläggningar," förklarar Zubayer. "Det blir allt viktigare när nya typer av instrument kräver större effektivitet och nya funktioner."

Dåliga gränssnitt

Neutronstrålar kan polariseras med hjälp av speglar som är gjorda genom att avsätta omväxlande lager av järn och kisel på ett substrat. Trots sin utbredda användning har dessa neutronspeglar begränsningar som är förknippade med svårigheten att skapa atomärt skarpa gränssnitt mellan järn- och kiselskikten. Istället innehåller gränssnitten oönskade järnsilicidföreningar.

Dessa grova gränssnitt gör att speglarna vid högre spridningsvinklar inte är särskilt effektiva för att reflektera och polarisera neutroner. Detta kan övervinnas genom att utsätta speglarna för starka externa magnetfält – men eftersom dessa fält även kan påverka de prover som studeras behöver speglarna placeras en bit bort från proverna och det kan försämra kvaliteten på experimentresultaten.

Nu har Zubayer och kollegor tagit ett nytt tillvägagångssätt för att tillverka neutronspeglar, vilket innebär att man lägger till isotopberikad borkarbid till järn- och kisellagren. Borkarbiden är berikad med bor-11 – som till skillnad från bor-10 inte är en bra absorbator av neutroner. Sammansättningen förbättrar stabiliteten hos material som avsatts genom magnetronförstoftning, som användes för att avsätta skikten.

Efter att ha byggt upp lagren av deras neutronspegel bestämde Zubayer och kollegor dess atomstruktur med hjälp av flera olika avbildningstekniker inklusive röntgendiffraktion och elektronmikroskopi.

Tunnare och vassare

Som de hoppades hade deras nya spegel mycket skarpare gränssnitt mellan järn- och kiselskikten och mindre järnsilicid. Detta gjorde att skikten kunde göras tunnare än tidigare, vilket gjorde spegeln mycket mer reflekterande och polariserande mot neutronstrålar vid höga spridningsvinklar. Det ledde också till mindre diffus spridning inom balkarna.

Med denna förbättrade prestanda behövde Zubayers team inte längre använda ett externt magnetfält för att uppnå önskad polarisation. Som ett resultat kunde deras spegel placeras närmare prover utan att påverka mätningarna.

"Vi har insett en högre reflektivitet, bättre polarisation, mindre bakgrundsljud för strållinjen och eliminerar behovet av stora magneter runt enheten", förklarar Zubayer. "Därför kan sådan optik med vårt tillvägagångssätt låsa upp nya effektivitetsvinster och möjligheter, vilket leder till bättre, snabbare, mer tillförlitliga och kanske till och med nya typer av experiment."

Med dessa förbättringar kan forskare öka det polariserade neutronflödet som används i experiment samt användningen av neutroner med högre energi. Teamet hoppas att deras nya tillvägagångssätt kan bana väg för nya experimentella upptäckter inom områden som spänner över fysik, kemi, biologi och medicin.

Forskningen beskrivs i Vetenskap Förskott.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/neutron-mirror-gets-a-boost-from-boron-carbide/