Potenziare la scienza dei neutroni: il laser

1 febbraio 2023

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dall'Università di Osaka

Gli scienziati dell'Istituto di ingegneria laser dell'Università di Osaka hanno determinato il meccanismo e la forma funzionale della produzione di neutroni da una sorgente guidata dal laser e l'hanno utilizzato per effettuare un'analisi della risonanza neutronica molto più velocemente rispetto ai metodi convenzionali. Questo lavoro potrebbe aiutare a portare i test non invasivi a più applicazioni nel settore manifatturiero e in medicina.

Mentre la maggior parte dei microscopi utilizza fotoni o addirittura elettroni per studiare piccoli campioni, gli scienziati hanno utilizzato anche i neutroni in un'ampia gamma di test, come la diffusione dei neutroni, per studiare sia campioni fabbricati che campioni biologici. In quanto particelle neutre, i neutroni sono ideali per l'indagine non distruttiva delle proprietà magnetiche e atomiche degli oggetti in esame, poiché non sono influenzati dalla carica elettrica. Esistono metodi più recenti per produrre neutroni in grandi quantità, come l’utilizzo di sorgenti di neutroni guidate dal laser, ma il meccanismo sottostante rimane poco chiaro.

Ora, un team di ricercatori guidato dall’Università di Osaka ha sviluppato una sorgente di neutroni guidata dal laser e ha determinato una nuova legge di scala tra l’intensità del laser e il numero di neutroni prodotti. Hanno scoperto che aumentando l’intensità si ottengono neutroni proporzionali alla quarta potenza, il che può portare a cambiamenti molto grandi basati su investimenti relativamente piccoli di potenza aggiuntiva.

Utilizzando questa legge, è stata eseguita un'analisi chiamata assorbimento della risonanza neutronica per identificare gli elementi nel campione sperimentale. "Le sorgenti di neutroni possono essere utilizzate in applicazioni che vanno dalla radiografia, alla spettroscopia, alla sicurezza, alla medicina", afferma il primo autore Akifumi Yogo.

In un esperimento, i ricercatori hanno diretto un raggio laser estremamente potente su una lamina di polistirolo deuterato. Gli ioni che ne uscirono entrarono in collisione con un blocco di berillio, che a sua volta creò un grande flusso di neutroni. Un piccolo dispositivo moderatore è stato utilizzato per rallentare i neutroni in modo che si muovessero alla velocità corretta per passare attraverso il campione.

In base al tasso di assorbimento dei neutroni, è stato possibile determinare gli atomi nel campione. "Abbiamo ridotto con successo il tempo di misurazione da diverse ore a una piccola frazione di secondo, consentendo esperimenti a scatto singolo che coinvolgono fenomeni veloci", afferma l'autore senior Ryosuke Kodama.

I processi che si verificano nel corso di secondi o minuti possono ora essere monitorati in tempo reale, cosa che non era possibile con i metodi precedenti con intensità di neutroni inferiori. I risultati di questa ricerca possono portare ad aumenti significativi della velocità per il controllo di qualità industriale o l’identificazione di campioni biologici.

Maggiori informazioni: A. Yogo et al, Generazione di neutroni guidata dal laser che realizza la spettroscopia di risonanza a colpo singolo, Physical Review X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

Informazioni sul diario:Revisione fisica X

Fornito dall'Università di Osaka