Language
Country/Area
No result found
الانتقال السحري من النيوترونات السريعة إلى النيوترونات الحرارية: كيف تكشف النيوترونات عن العالم المجهري للمادة؟
تشتت النيوترونات هو ظاهرة فيزيائية مهمة تتضمن التشتت غير المنتظم للنيوترونات الحرة بواسطة المادة. لا تحدث هذه العملية بشكل طبيعي فحسب، بل تُستخدم أيضًا في مجموعة متنوعة من التقنيات التجريبية لاستكشاف الخصائص الأساسية للمادة. في الهندسة النووية والعلوم النووية، فإن أهمية الظواهر الطبيعية واضحة بذاتها؛ وكتطبيق للتكنولوجيا التجريبية، فإن فهم التشتت النيوتروني والتلاعب به أمر بالغ الأهمية في مجالات مثل علم البلورات والفيزياء والكيمياء الفيزيائية والفيزياء الحيوية وأبحاث المواد.
تتمتع عملية تشتت النيوترونات بمجموعة واسعة من التطبيقات، وخاصة في التحقيق في بنية وخصائص المواد. يسمح تشتت النيوترونات للعلماء بتحليل البنية المجهرية للمواد بشكل عميق.
عند إجراء تجارب تشتت النيوترونات، يستخدم الباحثون مفاعلات البحث ومصادر النيوترونات الانشطارية، والتي توفر إشعاع نيوتروني بدرجات متفاوتة من الشدة. اعتمادًا على احتياجاتهم، يمكن للباحثين اختيار التشتت المرن (حيود النيوترونات) لتحليل بنية المواد، أو استخدام التشتت النيوتروني غير المرن لاستكشاف الاهتزازات الذرية وظواهر الإثارة الأخرى.
التشتت النيوتروني السريع
النيوترونات السريعة، والتي تعرف بأنها نيوترونات ذات طاقات حركية تتجاوز 1 ميجا إلكترون فولت، قادرة على التشتت مع المواد المنصهرة. في مثل هذه الاصطدامات، تنقل النيوترونات السريعة معظم طاقتها الحركية إلى النوى المتناثرة (أي النوى الذرية للمادة). مع كل تصادم، تتباطأ النيوترونات السريعة، وفي النهاية تصل إلى حالة من التوازن الحراري مع المادة التي تتناثر منها. لإنتاج النيوترونات الحرارية، يتم في كثير من الأحيان استخدام مهدئات النيوترون، والتي تنتج نيوترونات حرارية ذات طاقة حركية أقل من 1 إلكترون فولت.
من خلال تعديل تشتت النيوترونات السريعة، يمكننا أن نكشف الكثير عن بنية وسلوك المادة على المستوى المجهري.
تفاعلات النيوترون والمادة
نظرًا لأن النيوترونات محايدة كهربائيًا، فيمكنها اختراق أعماق المادة، مما يمنحها ميزة كأجهزة كشف على الجسيمات المشحونة التي لها نفس الطاقة الحركية. تتفاعل النيوترونات في المقام الأول مع المجالات المغناطيسية التي تنتجها النوى الذرية والإلكترونات غير المزدوجة، مما يسمح لها بإحداث تداخل كبير وتأثيرات نقل الطاقة في تجارب تشتت النيوترونات.
تختلف مقاطع التشتت والامتصاص النيوتروني بشكل كبير بين النظائر المختلفة، حيث يتمتع الهيدروجين بأعلى مقطع تشتت، مما يجعل النيوترونات مفيدة في تحليل المواد ذات الأعداد الذرية المنخفضة، وخاصة البروتينات والمواد الخافضة للتوتر السطحي.
التشتت النيوتروني غير المرن
تعتبر التشتت النيوتروني غير المرن تقنية تجريبية مهمة تستخدم على نطاق واسع في أبحاث المواد المكثفة لاستكشاف حركة الذرات والجزيئات وإثارة المجالات المغناطيسية والبلورية. تتميز هذه التقنية بتمييز النيوترونات على أساس التغير في الطاقة الحركية بعد الاصطدام بالعينة، وعادة ما يتم التعبير عن النتائج كعوامل بنية ديناميكية.
تسمح لنا عملية التشتت النيوتروني غير المرن بمراقبة السلوك الديناميكي للمادة من منظور جديد، مما يحررنا من قيود التحليل الطيفي التقليدي.
تاريخ وتسهيلات تشتت النيوترونات
تعود أولى تجارب حيود النيوترونات إلى ثلاثينيات القرن العشرين، ولكن مع ظهور المفاعلات النووية في عام 1945، أصبح من الممكن إجراء دراسات بنيوية متعمقة بفضل إمكانية الوصول إلى تدفقات النيوترونات العالية. مع تطور التكنولوجيا، قام الباحثون بتثبيت أول أجهزة تشتت النيوترونات في أنابيب الشعاع الخاصة بمفاعلات الأبحاث متعددة الأغراض. وبحلول ستينيات القرن العشرين، سمح بناء المفاعلات عالية الإنتاجية لمختبري الشعاع بالحصول على تدفق نيوتروني أقل.
حاليًا، يتم إجراء معظم تجارب تشتت النيوترونات بواسطة علماء أبحاث يطلبون وقت شعاع في مصادر النيوترون من خلال عملية اقتراح رسمية. ونظرًا لمعدلات العد المنخفضة المشاركة في تجارب تشتت النيوترونات، فعادةً ما تكون هناك حاجة إلى أوقات شعاع طويلة نسبيًا (في حدود الأيام) للحصول على مجموعة بيانات قابلة للاستخدام.
تطور التكنولوجيا
مع تعميق البحث، تم أيضًا تطوير العديد من تقنيات تشتت النيوترونات بشكل مستمر، بما في ذلك حيود النيوترونات، وتشتت النيوترونات بزاوية صغيرة، وصدى الدوران، والانعكاس غير البطولي. تساعد هذه التقنيات العلماء على الحصول على بيانات أكثر دقة لتحليل البنية المجهرية من المادة.البنية.
مع تطور تقنية تشتت النيوترونات، أصبحنا قادرين على كشف لغز العالم المجهري للمادة. ومع ذلك، فإن المبادئ التي تقوم عليها هذه التكنولوجيا لا تزال تجعل الناس يفكرون بعمق: ما هي التقنيات الجديدة التي قد تظهر في المستقبل والتي يمكننا استخدامها لاستكشاف أسرار هذا العالم المجهري بعمق؟