Mikroskop neutronowy

Mikroskopy neutronowe wykorzystują neutrony do tworzenia obrazów w wyniku rozszczepienia jądrowego litu -6 przy użyciu rozpraszania neutronów pod małymi kątami . Neutrony również nie mają ładunku elektrycznego , co umożliwia im penetrację substancji w celu uzyskania informacji o strukturze, które nie są dostępne za pomocą innych form mikroskopii. Od 2013 roku mikroskopy neutronowe oferowały czterokrotne powiększenie i 10-20 razy lepsze oświetlenie niż otworkowe kamery neutronowe. System zwiększa szybkość sygnału co najmniej 50-krotnie.

Neutrony oddziałują z jądrami atomowymi poprzez oddziaływanie silne . Ta interakcja może rozpraszać neutrony z ich pierwotnej ścieżki, a także może je absorbować. W ten sposób wiązka neutronów staje się coraz mniej intensywna, gdy porusza się głębiej w substancji. W ten sposób neutrony są analogiczne do promieni rentgenowskich do badania wnętrz obiektów.

Ciemność na zdjęciu rentgenowskim odpowiada ilości materii, przez którą przechodzą promienie rentgenowskie. Gęstość obrazu neutronowego dostarcza informacji na temat absorpcji neutronów. Szybkości wchłaniania różnią się o wiele rzędów wielkości wśród pierwiastków chemicznych .

Chociaż neutrony nie mają ładunku, mają spin , a zatem moment magnetyczny , który może oddziaływać z zewnętrznymi polami magnetycznymi .

Aplikacje

Obrazowanie neutronowe ma potencjał do badania tak zwanych miękkich materiałów, ponieważ niewielkie zmiany w położeniu wodoru w materiale mogą powodować bardzo widoczne zmiany na obrazie neutronowym.

Neutrony oferują również wyjątkowe możliwości badań materiałów magnetycznych . Brak ładunku elektrycznego neutronu oznacza, że nie ma potrzeby korygowania pomiarów magnetycznych pod kątem błędów spowodowanych błądzącymi polami elektrycznymi i ładunkami. Spolaryzowane wiązki neutronów orientują spiny neutronów w jednym kierunku. Pozwala to na pomiar siły i właściwości magnetyzmu materiału.

Instrumenty oparte na neutronach mają możliwość sondowania wewnątrz metalowych przedmiotów — takich jak ogniwa paliwowe, akumulatory i silniki, w celu badania ich wewnętrznej struktury. Instrumenty neutronowe są również wyjątkowo czułe na lżejsze pierwiastki, które są ważne w materiałach biologicznych.

Wykresy cieni

Wykresy cieniowe to obrazy tworzone przez rzucanie cienia na powierzchnię, zwykle wykonywane za pomocą kamery otworkowej i są szeroko stosowane w badaniach nieniszczących . Takie kamery zapewniają niskie poziomy oświetlenia, które wymagają długich czasów naświetlania. Zapewniają również słabą rozdzielczość przestrzenną. Rozdzielczość takiego obiektywu nie może być mniejsza niż średnica otworu. Dobrą równowagę między oświetleniem a rozdzielczością uzyskuje się, gdy średnica otworka jest około 100 razy mniejsza niż odległość między otworkiem a ekranem obrazu, dzięki czemu obiektyw otworkowy ma jasność f/ 100 . Rozdzielczość otworu f/100 wynosi około pół stopnia.

lustro Woltera

Szklane soczewki i konwencjonalne lustra są bezużyteczne do pracy z neutronami, ponieważ przechodzą przez takie materiały bez załamania lub odbicia . Zamiast tego mikroskop neutronowy wykorzystuje zwierciadło Woltera , podobne w zasadzie do zwierciadeł padających, używanych w teleskopach rentgenowskich i gamma .

Kiedy neutron ociera się o powierzchnię metalu pod wystarczająco małym kątem, odbija się od powierzchni metalu pod tym samym kątem. Kiedy dzieje się tak ze światłem, efekt nazywa się całkowitym odbiciem wewnętrznym . Kąt krytyczny dla odbicia opasującego jest wystarczająco duży (kilka dziesiątych stopnia dla neutronów termicznych), aby można było użyć zakrzywionego lustra. Zakrzywione lustra umożliwiają następnie wykonanie systemu obrazowania.

Mikroskop wykorzystuje kilka cylindrów odblaskowych zagnieżdżonych jeden w drugim, aby zwiększyć powierzchnię dostępną do odbicia.

Pomiar

Strumień neutronów w płaszczyźnie ogniskowej obrazowania jest mierzony przez układ obrazujący CCD z ekranem scyntylacyjnym neutronów przed nim. Ekran scyntylacyjny jest wykonany z siarczku cynku , związku fluorescencyjnego , splecionego z litem . Kiedy neutron termiczny jest absorbowany przez litu-6 , powoduje reakcję rozszczepienia , w wyniku której powstaje hel , tryt i energia. Te produkty rozszczepienia powodują luminofor ZnS zaświecić, tworząc optyczny obraz do przechwycenia przez matrycę CCD.

Zobacz też