با اشعه ایکس نمیتوان داخل سرب را دید اما اگر این کار با نوترون انجام شود نتیجه خوبی بدست میآید. نوترون میتواند به داخل مواد نفوذ کند و محققان نیز با بکارگیری این خاصیت به یک تکنیک تصویربرداری سه بعدی دست یافتند. این تکنیک میتواند همچنین برای مطالعه ساختار مواد مغناطیسی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

نوترونها خواص ذره ای دارند و در همان حال دارای خواص موجی نیز میباشند و میتوان آنها را با تکنیک های اپتیکی کنترل نمود. با استفاده از بازتاب یک باریکه موازی شده نوترونی از کریستال مناسبی میتوان - همانند منشور که نور را بر حسب انرژی میشکند - این باریکه را نیز برحسب انرژی (طول موج) جداسازی کرد. اما این موجب کاهش زیاد در شدت باریکه میشود که باعث خواهد شد تصویر برداری نوترونی بسیار زمان بر و پیچیده گردد.

فرانتز فایفر (Franz Pfeiffer )  و همکارانش در موسسه پاول شرر  (Paul Scherrer Institute )

 سویس، یک سیستم تصویر برداری اختراع کردند که از چندین توری استفاده میکند - توری ساده یک صفحه کدر است که که تعداد زیادی شکافهای بسیار باریک و موازی روی آن ایجاد شده است. در این سیستم باریکه نوترون ها به پهنای 2 سانتی متر از یک توری عبور میکند که یک سری خطوط روشن نوترونی ایجاد میشود. هر خط (مسیر) به طور مستقل مانند چشمه موج همدوس عمل میکند و با استفاده از همه این چشمه ها به جای یک تک چشمه، میتوان به شدتی معادل 100 برابر در تکنیک های مشابه رسید.

سپس نوترون های موج گون به یک توری دوم ریزتر (شکاف های بیشتر) برمیخورند که یک الگوی مشخص از شدت های زیاد و کم بدست میدهد و به آن فریز های تداخلی گفته میشود. هنگامی که یک شی در میان توری اول و دوم قرار گیرد موجب خمش مسیر نوترون های عبوری میشود (مانند شیشه ای که نور را میشکند).  این شکست باعث جابجا شدن الگوی تداخلی تولید شده از توری دوم خواهد شد. با وجود این، آشکارسازهای نوترون قادر نیستند که از الگوی های تداخلی به طور مستقیم تصویر برداری کنند و یا جابجایی های کوچک میان آنها را بفهمند.

برای استخراج اطلاعات موجود در باریکه، تیم محققان از یک توری سوم استفاده کردند که در فاصله کمی از دومی قرار میگیرد. سپس تغییرات شدت نوترون عبور کرده از این توری سوم را در حالی که به آهستگی در طول الگوی تداخلی حرکت میکند اندازه میگیرند. این کار مانند حرکت دادن یک شانه از کنار دیگری است که تغییرات کمی در مکان شانه باعث تغییرات زیادی در شدت نور عبوری دارد.

با استفاده از یک آشکارساز دو بعدی برای تصویر برداری از جابجایی های فریزها که هنگام چرخش شئ رخ میدهد، محققان توانستد ساختار سه بعدی داخلی شئ را بر حسب توانایی شکست نوترونها توسط آن از طریق ریاضی تولید کنند. شکست نوترون ها میتواند مابین تیتانیوم و موبیدیوم تمییز میدهد و این در حالی است که هر دوی این مواد نوترون را مانند هم جذب میکنند. فایفر و همکارانش این کار را بر روی سیم های 6 تا 7 میلیمتری سرب، تیتانیوم، منیزیم و مولیبدیوم انجام دادند. شکل بالا نمایشگر یک تصویر سه بعدی است که در آن سیم سربی به دور تیتانیوم گره زده شده است.
فایفر امیدوار است که بتواند راه عملی برای تصویر برداری درون جامداتی مانند مواد مغناطیسی بیابد که در آنجا نوترون ها تحت تاثیر اثرات الکتروستاتیک قرار نخواهند گرفت.

مقاله این کار در 2 ژوئن مجله

Physical Review Letters-PRL

Phys. Rev. Lett. 96, 215505 

 

  گوشه ای از فیزیک

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40