Language
Country/Area
No result found
Sự chuyển đổi kỳ diệu từ neutron nhanh sang neutron nhiệt: neutron tiết lộ thế giới vi mô của vật chất như thế nào?
Tán xạ neutron là một hiện tượng vật lý quan trọng liên quan đến sự tán xạ không đều của neutron tự do và vật chất. Quá trình này không chỉ diễn ra một cách tự nhiên mà còn được sử dụng trong nhiều kỹ thuật thí nghiệm khác nhau để khám phá các đặc tính cơ bản của vật chất. Trong khoa học và kỹ thuật hạt nhân, tầm quan trọng của các hiện tượng tự nhiên là hiển nhiên; vì ứng dụng công nghệ thực nghiệm nên việc hiểu và điều khiển sự tán xạ neutron là rất quan trọng đối với các lĩnh vực như tinh thể học, vật lý, hóa học vật lý, lý sinh và nghiên cứu vật liệu.
Sự tán xạ neutron có rất nhiều ứng dụng, đặc biệt khi khám phá cấu trúc và tính chất của vật liệu. Thông qua tán xạ neutron, các nhà khoa học có thể phân tích sâu cấu trúc vi mô của vật liệu.
Khi tiến hành các thí nghiệm tán xạ neutron, các nhà nghiên cứu sử dụng lò phản ứng nghiên cứu và nguồn neutron phân hạch, cung cấp cường độ bức xạ neutron khác nhau. Tùy theo nhu cầu, các nhà nghiên cứu có thể lựa chọn tán xạ đàn hồi (nhiễu xạ neutron) để phân tích cấu trúc vật chất hoặc sử dụng tán xạ neutron không đàn hồi để khám phá các dao động nguyên tử và các hiện tượng thú vị khác.
Tán xạ neutron nhanh
Nơtron nhanh, được định nghĩa là neutron có động năng vượt quá 1 MeV, có thể tán xạ cùng với vật liệu nóng chảy. Trong những va chạm như vậy, neutron nhanh truyền phần lớn động năng của chúng sang hạt nhân tán xạ (tức là hạt nhân nguyên tử của vật chất). Với mỗi va chạm, các neutron nhanh chậm lại, cuối cùng đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt với vật liệu mà chúng bị phân tán. Để tạo ra neutron nhiệt, người ta thường sử dụng các chất khử neutron, chúng tạo ra neutron nhiệt có động năng nhỏ hơn 1 eV.
Bằng cách điều chỉnh sự tán xạ của neutron nhanh, chúng ta có thể tiết lộ cấu trúc và hành vi của nhiều chất ở cấp độ vi mô.
Tương tác vật chất-neutron
Vì neutron trung hòa về điện nên chúng có thể xuyên qua vật chất sâu hơn, mang lại cho chúng những lợi thế lớn hơn trong vai trò máy dò so với các hạt tích điện có cùng động năng. Các neutron chủ yếu tương tác với từ trường được tạo ra bởi hạt nhân nguyên tử và các electron chưa ghép cặp, cho phép chúng gây ra các hiệu ứng giao thoa và truyền năng lượng đáng kể trong các thí nghiệm tán xạ neutron.
Có sự khác biệt đáng kể về mặt cắt ngang hấp thụ và tán xạ neutron giữa các đồng vị khác nhau, trong đó hydro có mặt cắt tán xạ cao nhất, điều này khiến neutron hữu ích trong việc phân tích các vật liệu có số nguyên tử thấp, đặc biệt là protein và chất hoạt động bề mặt.
Tán xạ neutron không đàn hồi
Tán xạ neutron không đàn hồi là một kỹ thuật thí nghiệm quan trọng được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu vật chất ngưng tụ để khám phá chuyển động của các nguyên tử và phân tử cũng như sự kích thích của từ trường và trường tinh thể. Kỹ thuật này phân biệt dựa trên sự thay đổi động năng sau khi neutron va chạm với mẫu và kết quả thường được biểu thị dưới dạng hệ số cấu trúc động.
Sự tán xạ neutron không đàn hồi cho phép chúng ta quan sát hành vi động học của vật chất dưới một góc nhìn mới, tháo gỡ những hạn chế của quang phổ học truyền thống.
Lịch sử và cơ sở của tán xạ neutron
Các thí nghiệm nhiễu xạ neutron đầu tiên có từ những năm 1930, nhưng với sự ra đời của các lò phản ứng hạt nhân vào năm 1945, khả năng tiếp cận các dòng neutron cao đã giúp cho việc nghiên cứu cấu trúc chuyên sâu trở nên khả thi. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các nhà nghiên cứu đã lắp đặt các thiết bị tán xạ neutron đầu tiên trong các ống chùm của các lò phản ứng nghiên cứu đa mục đích. Đến những năm 1960, việc chế tạo các lò phản ứng thông lượng cao đã cho phép những người thực hiện thí nghiệm chùm tia thu được các thiết bị tán xạ neutron cao hơn. -tuôn ra.
Hiện nay, hầu hết các thí nghiệm tán xạ neutron đều được thực hiện bởi các nhà khoa học nghiên cứu áp dụng thời gian chùm tia từ nguồn neutron thông qua quy trình đề xuất chính thức. Do các thí nghiệm tán xạ neutron có tốc độ đếm thấp nên thời gian chiếu tia tương đối dài (theo thứ tự ngày) thường được yêu cầu để thu được các bộ dữ liệu có thể sử dụng được.
Sự phát triển của công nghệ
Với việc nghiên cứu sâu hơn, nhiều công nghệ tán xạ neutron đã tiếp tục phát triển, bao gồm nhiễu xạ neutron, tán xạ neutron góc nhỏ, tiếng vang spin và phản xạ phi anh hùng. Những công nghệ này giúp các nhà khoa học thu được dữ liệu chính xác hơn để phân tích các đặc tính vi mô của. cấu trúc.
Với sự phát triển của công nghệ tán xạ neutron, chúng ta có thể vén màn bí ẩn về thế giới vi mô của vật chất. Tuy nhiên, những nguyên lý đằng sau công nghệ vẫn khiến mọi người phải suy nghĩ sâu sắc: Những công nghệ mới nào có thể xuất hiện trong tương lai mà chúng ta có thể sử dụng để khám phá sâu sắc những bí ẩn của thế giới vi mô này?
