Энергия нейтронной науки: лазер

1 февраля 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

от Университета Осаки

Ученые из Института лазерной техники Университета Осаки определили механизм и функциональную форму выхода нейтронов из лазерного источника и использовали его для проведения нейтронно-резонансного анализа гораздо быстрее, чем традиционные методы. Эта работа может помочь расширить применение неинвазивного тестирования в производстве и медицине.

В то время как большинство микроскопов используют фотоны или даже электроны для изучения небольших образцов, ученые также использовали нейтроны в широком спектре тестов, таких как рассеяние нейтронов, для изучения как промышленных, так и биологических образцов. Как нейтральные частицы, нейтроны идеально подходят для неразрушающего исследования магнитных и атомных свойств рассматриваемых объектов, поскольку на них не действует электрический заряд. Существуют новые методы производства нейтронов в больших количествах, например, использование лазерных источников нейтронов, но основной механизм остается неясным.

Теперь группа исследователей под руководством Университета Осаки разработала лазерный источник нейтронов и определила новый закон масштабирования между интенсивностью лазера и количеством производимых нейтронов. Они обнаружили, что увеличение интенсивности приводит к образованию нейтронов, пропорциональных четвертой степени, что может привести к очень большим изменениям при относительно небольших затратах дополнительной энергии.

Используя этот закон, был проведен анализ, называемый нейтронно-резонансным поглощением, для идентификации элементов в экспериментальном образце. «Источники нейтронов могут использоваться в самых разных областях: от радиографии, спектроскопии, безопасности до медицины», — говорит первый автор Акифуми Ёго.

В ходе эксперимента исследователи направили чрезвычайно мощный лазерный луч на фольгу из дейтерированного полистирола. Вышедшие ионы столкнулись с блоком бериллия, что, в свою очередь, создало большой поток нейтронов. Небольшое замедлительное устройство использовалось для замедления нейтронов, чтобы они двигались с правильной скоростью для прохождения через образец.

По скорости поглощения нейтронов можно было определить атомы в образце. «Мы успешно сократили время измерения с нескольких часов до крошечной доли секунды, что позволило проводить однократные эксперименты с быстрыми явлениями», — говорит старший автор Рёсуке Кодама.

Процессы, происходящие в течение секунд или минут, теперь можно отслеживать в режиме реального времени, что было невозможно при использовании старых методов с меньшей интенсивностью нейтронов. Результаты этого исследования могут привести к значительному увеличению скорости промышленного контроля качества или идентификации биологических образцов.

Больше информации: А. Його и др., Генерация нейтронов с помощью лазера, реализующая однократную резонансную спектроскопию, Physical Review X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

Информация журнала:Физический обзор X

Предоставлено Университетом Осаки