Нейтронный микроскоп - Neutron microscope

Нейтронные микроскопы использовать нейтроны создавать изображения ядерное деление из литий-6 с помощью малоугловое рассеяние нейтронов. Нейтроны тоже не имеют электрический заряд, позволяя им проникать в вещества и получать информацию о структуре, недоступную с помощью других форм микроскопии. По состоянию на 2013 год нейтронные микроскопы предлагали четырехкратное увеличение и в 10-20 раз лучшее освещение, чем нейтронные камеры-обскуры.[1] Система увеличивает скорость сигнала как минимум в 50 раз.[2]

Нейтроны взаимодействуют с атомные ядра через сильная сила. Это взаимодействие может рассеивать нейтроны с их первоначального пути, а также поглощать их. Таким образом, пучок нейтронов становится все менее интенсивным по мере того, как он проникает глубже в вещество. В этом смысле нейтроны аналогичны рентгеновским лучам для изучения внутренних пространств объектов.[1]

Темнота на рентгеновском изображении соответствует количеству вещества, через которое проходят рентгеновские лучи. Плотность нейтронного изображения дает информацию о поглощении нейтронов. Скорость поглощения варьируется на много порядков среди химические элементы.[1]

Хотя нейтроны не имеют заряда, у них есть вращение и поэтому магнитный момент которые могут взаимодействовать с внешними магнитные поля.[1]

Приложения

Нейтронная визуализация имеет потенциал для изучения так называемых мягких материалов, так как небольшие изменения в расположении водорода в материале могут привести к заметным изменениям на нейтронном изображении.[1]

Нейтроны также предлагают уникальные возможности для исследований в магнитные материалы. Недостаток нейтрона электрический заряд означает, что нет необходимости исправлять магнитные измерения для ошибок, вызванных случайным электрические поля и обвинения. Поляризованный нейтронные пучки ориентируют нейтронные спины в одном направлении. Это позволяет измерять силу и характеристики магнетизма материала.[1]

Приборы на основе нейтронов могут зондировать внутренние металлические объекты, такие как топливные элементы, батареи и двигатели, для изучения их внутренней структуры. Нейтронные инструменты также уникально чувствительны к более легким элементам, которые важны в биологических материалах.[3]

Shadowgraphs

Shadowgraphs это изображения, полученные путем отбрасывания тени на поверхность, обычно получаемые с помощью камеры-обскуры и широко используются для неразрушающий контроль. Такие камеры обеспечивают низкий уровень освещенности, что требует большой выдержки. Они также обеспечивают плохое пространственное разрешение. Разрешение такой линзы не может быть меньше диаметра отверстия. Хороший баланс между освещением и разрешением достигается, когда диаметр крошечного отверстия примерно в 100 раз меньше, чем расстояние между крошечным отверстием и экраном изображения, что эффективно делает точечное отверстие f / 100. линза. Разрешение точечного отверстия f / 100 составляет примерно полградуса.[1]

Wolter зеркало

Стеклянные линзы и обычные зеркала бесполезны для работы с нейтронами, потому что они проходят через такие материалы без преломление или отражение. Вместо этого в нейтронном микроскопе используется Wolter зеркало, в принципе похож на зеркала заднего вида используется для Рентгеновский и гамма-телескопы.[1]

Когда нейтрон касается поверхности металла под достаточно малым углом, он отражается от поверхности металла под тем же углом. Когда это происходит со светом, эффект называется полное внутреннее отражение. Критический угол скользящего отражения достаточно велик (несколько десятых градуса для тепловых нейтронов), поэтому можно использовать изогнутое зеркало. Изогнутые зеркала позволяют создать систему визуализации.[1]

В микроскопе используется несколько отражающих цилиндров, вложенных друг в друга, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для отражения.[3]

Измерение

В нейтронный поток на изображении фокальная плоскость измеряется CCD матрица изображения с нейтроном сцинтилляционный экран перед ней. Сцинтилляционный экран выполнен из сульфид цинка, а флуоресцентный составной, с примесью литий. Когда тепловой нейтрон поглощается литий-6 ядро, это вызывает реакция деления что производит гелий, тритий и энергия. Эти продукты деления вызывают образование ZnS люминофор загораться, создавая оптическое изображение для захвата матрицей ПЗС.[1]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ а б c d е ж г час я j "Что нам делать с нейтронным микроскопом?". Gizmag.com. Получено 2013-10-21.
  2. ^ Liu, D .; Хайкович, Б .; Губарев, М. В .; Ли Робертсон, Дж .; Crow, L .; Ramsey, B.D .; Монктон, Д. Э. (2013). «Демонстрация нового фокусирующего прибора для малоуглового рассеяния нейтронов, оснащенного осесимметричными зеркалами». Nature Communications. 4: 2556. arXiv:1310.1347. Дои:10.1038 / ncomms3556. PMID  24077533.
  3. ^ а б «Новый вид микроскопа использует нейтроны - MIT News Office». Web.mit.edu. 2013-10-04. Получено 2013-10-21.