Language
Country/Area
No result found
Волшебный переход от быстрых нейтронов к тепловым нейтронам: как нейтроны раскрывают микроскопический мир материи?
Рассеяние нейтронов — важное физическое явление, связанное с нерегулярным рассеянием свободных нейтронов веществом. Этот процесс не только происходит естественным образом, но и используется в различных экспериментальных методиках для изучения фундаментальных характеристик материи. В ядерной технике и ядерной науке значимость природных явлений очевидна; понимание и управление рассеянием нейтронов как приложение экспериментальной технологии имеет решающее значение для таких областей, как кристаллография, физика, физическая химия, биофизика и материаловедение. важно.
Рассеяние нейтронов имеет широкий спектр применения, особенно при исследовании структуры и свойств материалов. Рассеяние нейтронов позволяет ученым глубоко анализировать микроскопическую структуру материалов.
При проведении экспериментов по рассеянию нейтронов исследователи используют исследовательские реакторы и источники нейтронов деления, которые обеспечивают нейтронное излучение различной интенсивности. В зависимости от своих потребностей исследователи могут выбрать упругое рассеяние (дифракцию нейтронов) для анализа структуры материала или использовать неупругое рассеяние нейтронов для изучения атомных колебаний и других явлений возбуждения.
Рассеяние быстрых нейтронов
Быстрые нейтроны, определяемые как нейтроны с кинетической энергией, превышающей 1 МэВ, способны рассеиваться расплавленным материалом. При таких столкновениях быстрые нейтроны передают большую часть своей кинетической энергии рассеивающим ядрам (т. е. ядрам атомов вещества). С каждым столкновением быстрые нейтроны замедляются, в конечном итоге достигая состояния теплового равновесия с материалом, от которого они рассеиваются. Для получения тепловых нейтронов часто используют замедлители нейтронов, которые производят тепловые нейтроны с кинетической энергией ниже 1 эВ.
Модулируя рассеяние быстрых нейтронов, мы можем многое узнать о структуре и поведении материи на микроскопическом уровне.
Взаимодействие нейтронов с материей
Поскольку нейтроны электрически нейтральны, они могут проникать глубже в вещество, что дает им преимущество в качестве детекторов по сравнению с заряженными частицами с той же кинетической энергией. Нейтроны взаимодействуют в основном с магнитными полями, создаваемыми атомными ядрами и неспаренными электронами, что позволяет им вызывать значительные эффекты интерференции и передачи энергии в экспериментах по рассеянию нейтронов.
Сечения рассеяния и поглощения нейтронов значительно различаются между различными изотопами, при этом водород имеет самое высокое сечение рассеяния, что делает нейтроны полезными при анализе материалов с низкими атомными числами, особенно белков и поверхностно-активных веществ.
Неупругое рассеяние нейтронов
Неупругое рассеяние нейтронов — важный экспериментальный метод, широко используемый в исследованиях конденсированных сред для изучения движения атомов и молекул, а также возбуждения магнитных и кристаллических полей. Этот метод различает нейтроны на основе изменения кинетической энергии после столкновения с образцом, а результаты обычно выражаются в виде динамических структурных факторов.
Неупругое рассеяние нейтронов позволяет нам наблюдать динамическое поведение материи с новой точки зрения, освобождая нас от ограничений традиционной спектроскопии.
История и возможности нейтронного рассеяния
Первые эксперименты по дифракции нейтронов относятся к 1930-м годам, но с появлением ядерных реакторов в 1945 году доступность высоких потоков нейтронов сделала возможным проведение глубоких структурных исследований. По мере развития технологий исследователи установили первые приборы для нейтронного рассеяния в пучковых трубках многоцелевых исследовательских реакторов. К 1960-м годам строительство реакторов с высокой пропускной способностью позволило экспериментаторам с пучками получать более высокий нейтронный субпоток.
В настоящее время большинство экспериментов по рассеянию нейтронов проводятся учеными-исследователями, которые запрашивают время пучка на источниках нейтронов через формальную процедуру подачи заявок. Из-за низкой скорости счета в экспериментах по рассеянию нейтронов для получения пригодного набора данных обычно требуется относительно длительное время прохождения пучка (порядка нескольких дней).
Эволюция технологий
С углублением исследований многие методы нейтронного рассеяния также непрерывно развивались, включая нейтронную дифракцию, малоугловое нейтронное рассеяние, спиновое эхо и негеройское отражение. Эти технологии помогают ученым получать более точные данные для анализа микроскопической структуры материи. структуры.
Благодаря развитию технологии рассеяния нейтронов мы можем раскрыть тайну микроскопического мира материи. Однако принципы, лежащие в основе этой технологии, по-прежнему заставляют людей глубоко задуматься: какие новые технологии, которые могут появиться в будущем, мы сможем использовать для глубокого изучения тайн этого микроскопического мира?
