Los microscopios de neutrones usan neutrones para crear imágenes por fisión nuclear de litio-6 usando dispersión de neutrones de ángulo pequeño . Los neutrones tampoco tienen carga eléctrica , lo que les permite penetrar sustancias para obtener información sobre la estructura que no es accesible a través de otras formas de microscopía. A partir de 2013, los microscopios de neutrones ofrecían un aumento de cuatro veces y una iluminación de 10 a 20 veces mejor que las cámaras de neutrones estenopeicas. [1] El sistema aumenta la tasa de señal al menos 50 veces. [2]
Los neutrones interactúan con los núcleos atómicos a través de la fuerza fuerte . Esta interacción puede dispersar neutrones de su camino original y también puede absorberlos. Por lo tanto, un haz de neutrones se vuelve progresivamente menos intenso a medida que avanza más profundamente dentro de una sustancia. De esta forma, los neutrones son análogos a los rayos X para estudiar el interior de los objetos. [1]
La oscuridad en una imagen de rayos X corresponde a la cantidad de materia a través de la cual pasan los rayos X. La densidad de una imagen de neutrones proporciona información sobre la absorción de neutrones. Las tasas de absorción varían en muchos órdenes de magnitud entre los elementos químicos . [1]
Si bien los neutrones no tienen carga, tienen un giro y, por lo tanto, un momento magnético que puede interactuar con campos magnéticos externos . [1]
Aplicaciones
Las imágenes de neutrones tienen potencial para estudiar los llamados materiales blandos, ya que pequeños cambios en la ubicación del hidrógeno dentro de un material pueden producir cambios muy visibles en una imagen de neutrones. [1]
Los neutrones también ofrecen capacidades únicas para la investigación en materiales magnéticos . La falta de carga eléctrica del neutrón significa que no es necesario corregir las mediciones magnéticas para detectar errores causados por cargas y campos eléctricos extraviados . Los haces de neutrones polarizados orientan los espines de neutrones en una dirección. Esto permite medir la fuerza y las características del magnetismo de un material. [1]
Los instrumentos basados en neutrones tienen la capacidad de explorar el interior de objetos metálicos, como pilas de combustible, baterías y motores, para estudiar su estructura interna. Los instrumentos de neutrones también son especialmente sensibles a los elementos más ligeros que son importantes en los materiales biológicos. [3]
Shadowgraphs
Los gráficos de sombras son imágenes producidas proyectando una sombra sobre una superficie, generalmente tomadas con una cámara estenopeica y se utilizan ampliamente para pruebas no destructivas . Estas cámaras proporcionan niveles de iluminación bajos que requieren tiempos de exposición prolongados. También proporcionan una resolución espacial deficiente. La resolución de tal lente no puede ser menor que el diámetro del orificio. Se obtiene un buen equilibrio entre la iluminación y la resolución cuando el diámetro del orificio es aproximadamente 100 veces menor que la distancia entre el orificio y la pantalla de imagen, lo que hace que el orificio sea una lente f / 100 . La resolución de un agujero de alfiler f / 100 es de aproximadamente medio grado. [1]
Espejo Wolter
Las lentes de vidrio y los espejos convencionales son inútiles para trabajar con neutrones, porque atraviesan dichos materiales sin refracción ni reflexión . En cambio, el microscopio de neutrones emplea un espejo de Wolter , similar en principio a los espejos de incidencia rasante utilizados para los telescopios de rayos X y rayos gamma . [1]
Cuando un neutrón roza la superficie de un metal en un ángulo suficientemente pequeño, se refleja alejándose de la superficie del metal en el mismo ángulo. Cuando esto ocurre con la luz, el efecto se denomina reflexión interna total . El ángulo crítico para la reflexión rasante es lo suficientemente grande (unas décimas de grado para los neutrones térmicos) como para que se pueda usar un espejo curvo. Los espejos curvos permiten entonces realizar un sistema de imágenes. [1]
El microscopio utiliza varios cilindros reflectantes encajados entre sí, para aumentar el área de superficie disponible para la reflexión. [3]
Medición
El flujo de neutrones en el plano focal de la imagen se mide mediante una matriz de imágenes CCD con una pantalla de centelleo de neutrones en frente. La pantalla de centelleo está hecha de sulfuro de zinc , un compuesto fluorescente , mezclado con litio . Cuando un neutrón térmico es absorbido por un núcleo de litio-6 , provoca una reacción de fisión que produce helio , tritio y energía. Estos productos de fisión hacen que el fósforo de ZnS se encienda, produciendo una imagen óptica para ser capturada por la matriz CCD. [1]
Ver también
- Microscopio electrónico
- Procesamiento de imágenes de microscopio
- Microscopio de rayos x
- Microscopio de neutrones LARMOR
- Fuente de neutrones y muones de ISIS
Referencias
- ^ a b c d e f g h i j "¿Qué haremos con un microscopio de neutrones?" . Gizmag.com . Consultado el 21 de octubre de 2013 .
- ^ Liu, D .; Khaykovich, B .; Gubarev, MV; Lee Robertson, J .; Cuervo, L .; Ramsey, BD; Moncton, DE (2013). "Demostración de un novedoso instrumento de dispersión de neutrones de ángulo pequeño de enfoque equipado con espejos simétricos". Comunicaciones de la naturaleza . 4 : 2556. arXiv : 1310.1347 . doi : 10.1038 / ncomms3556 . PMID 24077533 .
- ^ a b "Nuevo tipo de microscopio utiliza neutrones - MIT News Office" . Web.mit.edu. 2013-10-04 . Consultado el 21 de octubre de 2013 .