Language
Country/Area
No result found
A incrível dança dos nêutrons e átomos: por que os nêutrons conseguem atravessar a matéria?
A dispersão de nêutrons é um fenômeno físico fascinante que envolve a dispersão anômala de nêutrons livres com matéria. Este não é apenas um processo físico que ocorre na natureza, mas também uma técnica experimental que os cientistas usam para estudar materiais. A natureza livre de carga dos nêutrons permite que eles penetrem profundamente na matéria, sondando sua estrutura interna com mais eficiência. Os processos naturais de espalhamento de nêutrons são de grande interesse para a engenharia e a ciência nuclear e desempenham um papel fundamental em uma variedade de pesquisas de materiais.
A tecnologia de espalhamento de nêutrons se tornou uma ferramenta indispensável em áreas como cristalografia, física e biofísica.
A base dos experimentos está na compreensão e manipulação do espalhamento de nêutrons, o que requer o uso de diferentes fontes de nêutrons, como reatores de pesquisa e fontes de nêutrons de detonação. Essas fontes são capazes de fornecer radiação de nêutrons de intensidades variadas para fins de pesquisa. A difração de nêutrons (dispersão elástica) permite que os cientistas analisem a estrutura dos materiais, enquanto a dispersão inelástica de nêutrons é usada para estudar as vibrações e outros estados excitados dos átomos.
Dispersão rápida de nêutrons
Os chamados "nêutrons rápidos" têm energias cinéticas acima de 1 MeV. Esses nêutrons podem ser espalhados pela matéria condensada, e esta é uma aproximação experimental válida, que pode ser considerada uma colisão elástica. Em cada colisão, o nêutron rápido transfere uma porção significativa de sua energia cinética para o núcleo espalhado, com a transferência de energia nesse processo dependendo do tipo de núcleo. À medida que múltiplas colisões ocorrem, os nêutrons rápidos gradualmente desaceleram e eventualmente atingem o equilíbrio térmico com a matéria. Esse fenômeno requer a assistência de um moderador de nêutrons para produzir nêutrons térmicos abaixo de 1 eV.
Interação dos nêutrons com a matéria
Como os nêutrons não têm carga, eles podem penetrar mais profundamente na matéria do que partículas carregadas com a mesma energia cinética, o que os torna uma ferramenta poderosa para investigar propriedades em massa. Os nêutrons interagem principalmente com núcleos atômicos, diferentemente dos raios X, que interagem principalmente com a nuvem de elétrons circundante. Por exemplo, o hidrogênio tem a maior seção transversal de espalhamento de todos os isótopos, tornando os nêutrons particularmente eficazes na análise de materiais de baixo número atômico, como proteínas e surfactantes.
As seções transversais de espalhamento e absorção de nêutrons variam de isótopo para isótopo, e o espalhamento pode ser incoerente ou coerente, dependendo do isótopo usado.
Espalhamento inelástico de nêutrons
O espalhamento inelástico de nêutrons é uma técnica experimental comumente usada em pesquisas sobre matéria condensada para estudar movimentos atômicos e moleculares, bem como excitações de campos magnéticos e cristalinos. Essa técnica leva em conta as mudanças na energia cinética que ocorrem durante colisões entre nêutrons e a amostra, e os resultados geralmente são relatados em termos de fatores de estrutura dinâmica. Em tais experimentos, a maioria das medições se concentrará em qualquer tipo de espalhamento elástico ou inelástico, dependendo das necessidades da questão da pesquisa.
História e Tecnologia Atual
Os primeiros experimentos de difração de nêutrons foram realizados na década de 1930 e, com o advento dos reatores nucleares em 1945, a tecnologia para altos fluxos de nêutrons tornou-se disponível. Este campo desenvolveu-se rapidamente com a construção de reatores de pesquisa multifuncionais na década de 1960. Na década de 1980, pesquisas baseadas em fontes de alto fluxo tornaram a tecnologia de espalhamento de nêutrons mais madura e amplamente utilizada em diversas pesquisas de materiais.
Instalações e tecnologias experimentais atuais de espalhamento de nêutrons
A maioria dos experimentos atuais de espalhamento de nêutrons são conduzidos por cientistas que se candidatam a tempo experimental em fontes de nêutrons por meio de um processo de proposta formal. A taxa de recuperação experimental é relativamente baixa, então geralmente leva vários dias de tempo experimental para obter um conjunto de dados utilizável. Muitas técnicas diferentes de espalhamento de nêutrons, como espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo, refletividade, espalhamento de nêutrons inelásticos, etc., estão sendo usadas em pesquisas ao redor do mundo.
Como podemos aproveitar ao máximo as vantagens dos nêutrons no desenvolvimento de tecnologias futuras para promover pesquisas relacionadas à ciência dos materiais?
Esses estudos não apenas nos fornecem uma compreensão mais profunda da natureza da matéria, mas também inspiram infinitas possibilidades de desempenho material. Que impacto a exploração da interação entre nêutrons e matéria terá no desenvolvimento da ciência e da tecnologia?
