Potenciando la ciencia de neutrones: láser

1 de febrero de 2023

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por la Universidad de Osaka

Científicos del Instituto de Ingeniería Láser de la Universidad de Osaka determinaron el mecanismo y la forma funcional de la producción de neutrones de una fuente impulsada por láser y los utilizaron para realizar un análisis de resonancia de neutrones mucho más rápido que los métodos convencionales. Este trabajo puede ayudar a llevar las pruebas no invasivas a más aplicaciones en la fabricación y la medicina.

Si bien la mayoría de los microscopios utilizan fotones o incluso electrones para estudiar muestras pequeñas, los científicos también han empleado neutrones en una amplia gama de pruebas, como la dispersión de neutrones, para estudiar tanto muestras fabricadas como muestras biológicas. Como partículas neutras, los neutrones son ideales para la investigación no destructiva de las propiedades magnéticas y atómicas de los objetos en cuestión, ya que no se ven afectados por la carga eléctrica. Existen métodos más nuevos para producir neutrones en grandes cantidades, como el uso de fuentes de neutrones impulsadas por láser, pero el mecanismo subyacente sigue sin estar claro.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka desarrolló una fuente de neutrones impulsada por láser y determinó una nueva ley de escala entre la intensidad del láser y la cantidad de neutrones producidos. Descubrieron que aumentar la intensidad producía neutrones proporcionales a la cuarta potencia, lo que puede conducir a cambios muy grandes basados ​​en inversiones relativamente pequeñas de potencia adicional.

Usando esta ley, se realizó un análisis llamado absorción de resonancia de neutrones para identificar los elementos en la muestra experimental. "Las fuentes de neutrones se pueden utilizar en aplicaciones que van desde la radiografía, la espectroscopia, la seguridad hasta la medicina", dice el primer autor Akifumi Yogo.

En un experimento, los investigadores dirigieron un rayo láser extremadamente potente a una lámina de poliestireno deuterado. Los iones que salieron chocaron con un bloque de berilio, que a su vez creó un gran flujo de neutrones. Se usó un pequeño dispositivo moderador para reducir la velocidad de los neutrones para que se movieran a la velocidad correcta para atravesar la muestra.

En función de la tasa de absorción de neutrones, se pudieron determinar los átomos en la muestra. "Redujimos con éxito el tiempo de medición de varias horas a una pequeña fracción de segundo, lo que permitió experimentos de disparo único que involucran fenómenos rápidos", dice el autor principal Ryosuke Kodama.

Los procesos que ocurren en el transcurso de segundos o minutos ahora se pueden monitorear en tiempo real, lo que no era posible usando métodos más antiguos con intensidades de neutrones más bajas. Los resultados de esta investigación pueden conducir a aumentos significativos en la velocidad para el control de calidad industrial o la identificación de muestras biológicas.

Más información: A. Yogo et al, Generación de neutrones impulsada por láser que realiza espectroscopia de resonancia de un solo disparo, Physical Review X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

Información del diario:Examen físico X

Proporcionado por la Universidad de Osaka