Нейтронный микроскоп
Нейтронные микроскопы используют нейтроны для создания изображений путем ядерного деления лития -6 с использованием малоуглового рассеяния нейтронов . Нейтроны также не имеют электрического заряда , что позволяет им проникать в вещества и получать информацию о структуре, недоступную с помощью других форм микроскопии. По состоянию на 2013 год нейтронные микроскопы обеспечивали четырехкратное увеличение и освещение в 10–20 раз лучше, чем нейтронные камеры-обскуры. [1] Система увеличивает скорость сигнала минимум в 50 раз. [2]
Нейтроны взаимодействуют с атомными ядрами посредством сильного взаимодействия . Это взаимодействие может рассеивать нейтроны с их первоначального пути, а также поглощать их. Таким образом, нейтронный пучок становится все менее интенсивным по мере продвижения вглубь вещества. В этом смысле нейтроны аналогичны рентгеновским лучам для изучения внутренностей объектов. [1]
Темнота на рентгеновском изображении соответствует количеству вещества, через которое проходят рентгеновские лучи. Плотность нейтронного изображения дает информацию о поглощении нейтронов. различается на многие порядки Скорость поглощения различных химических элементов . [1]
Хотя нейтроны не имеют заряда, у них есть спин и, следовательно, магнитный момент , который может взаимодействовать с внешними магнитными полями . [1]
Приложения
[ редактировать ]Нейтронная визуализация имеет потенциал для изучения так называемых мягких материалов, поскольку небольшие изменения в расположении водорода внутри материала могут привести к хорошо заметным изменениям в нейтронном изображении. [1]
Нейтроны также открывают уникальные возможности для исследования магнитных материалов . у нейтрона Отсутствие электрического заряда означает, что нет необходимости исправлять ошибки магнитных измерений, вызванные паразитными электрическими полями и зарядами. Пучки поляризованных нейтронов ориентируют спины нейтронов в одном направлении. Это позволяет измерить силу и характеристики магнетизма материала. [1]
Приборы на основе нейтронов способны исследовать внутренние поверхности металлических объектов, таких как топливные элементы, батареи и двигатели, для изучения их внутренней структуры. Нейтронные приборы также обладают уникальной чувствительностью к более легким элементам, которые важны в биологических материалах. [3]
Теневые изображения
[ редактировать ]Теневые снимки — это изображения, полученные путем отбрасывания тени на поверхность, обычно получаемые с помощью камеры-обскуры и широко используемые для неразрушающего контроля . Такие камеры обеспечивают низкий уровень освещенности, что требует длительной выдержки. Они также обеспечивают плохое пространственное разрешение. Разрешение такой линзы не может быть меньше диаметра отверстия. Хороший баланс между освещением и разрешением достигается, когда диаметр точечного отверстия примерно в 100 раз меньше, чем расстояние между точечным отверстием и экраном изображения, что фактически превращает точечное отверстие в объектив с диафрагмой f/100 . Разрешение обскуры f/100 составляет около полградуса. [1]
Зеркало Вольтера
[ редактировать ]Стеклянные линзы и обычные зеркала бесполезны для работы с нейтронами, поскольку они проходят сквозь такие материалы без преломления и отражения . Вместо этого в нейтронном микроскопе используется зеркало Вольтера , по принципу похожее на зеркала скользящего падения, используемые в рентгеновских и гамма-телескопах . [1]
Когда нейтрон касается поверхности металла под достаточно малым углом, он отражается от поверхности металла под тем же углом. Когда это происходит со светом, эффект называется полным внутренним отражением . Критический угол скользящего отражения достаточно велик (несколько десятых градуса для тепловых нейтронов), поэтому можно использовать изогнутое зеркало. Изогнутые зеркала позволяют создать систему визуализации. [1]
В микроскопе используется несколько отражающих цилиндров, вложенных друг в друга, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для отражения. [3]
Измерение
[ редактировать ]в Поток нейтронов изображения фокальной плоскости измеряется ПЗС -матрицей с нейтронным сцинтилляционным экраном перед ней. Сцинтилляционный экран изготовлен из сульфида цинка , флуоресцентного соединения с добавлением лития . Когда тепловой нейтрон поглощается ядром лития-6 , он вызывает реакцию деления , в результате которой образуется гелий , тритий и энергия. ZnS , создавая оптическое изображение для захвата ПЗС-матрицей. люминофора Эти продукты деления вызывают свечение [1]
См. также
[ редактировать ]- Электронный микроскоп
- Источник нейтронов и мюонов ISIS
- ЛАРМОР нейтронный микроскоп
- Обработка изображений микроскопа
- Рентгеновский микроскоп
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж «Что нам делать с нейтронным микроскопом?» . Gizmag.com. 21 октября 2013 года . Проверено 21 октября 2013 г.
- ^ Лю, Д.; Хайкович Б.; Губарев М.В.; Ли Робертсон, Дж.; Кроу, Л.; Рэмси, Б.Д.; Монктон, Делавэр (2013). «Демонстрация нового фокусирующего прибора малоуглового рассеяния нейтронов, оснащенного осесимметричными зеркалами». Природные коммуникации . 4 : 2556. arXiv : 1310.1347 . Бибкод : 2013NatCo...4.2556L . дои : 10.1038/ncomms3556 . ПМИД 24077533 . S2CID 34185138 .
- ^ Jump up to: а б «Новый вид микроскопа использует нейтроны — Пресс-служба Массачусетского технологического института» . Web.mit.edu. 04.10.2013 . Проверено 21 октября 2013 г.