Kaarevat neutronisäteet voivat tuoda etuja teollisuudelle

Buffalon yliopiston ja National Institute of Standards and Technology (NIST) tutkijoiden muodostama ryhmä on luonut tavan saada neutronisäteet kulkemaan käyrinä.

Nämä Airy-säteet (nimetty englantilaisen tiedemiehen George Airyn mukaan), jotka ryhmä loi räätälöidyllä laitteella, voisivat parantaa neutronien kykyä paljastaa hyödyllistä tietoa materiaaleista lääkkeistä hajuvesiin ja torjunta-aineisiin - osittain siksi, että säteet voivat taipua esteiden ympärille.

"Olemme tienneet näistä oudoista, itseohjautuvista aaltokuvioista jonkin aikaa, mutta tähän asti kukaan ei ollut koskaan tehnyt niitä neutroneilla", sanoi NIST:n Michael Huber. "Tämä avaa kokonaan uuden tavan hallita neutronisäteitä, mikä voi auttaa meitä näkemään materiaalien sisään tai tutkimaan suuria fysiikan kysymyksiä."

Sen lisäksi, että Airy-säteet seuraavat paraabelin muotoisia polkuja, ne käyttäytyvät muillakin tavoilla, jotka voivat uhmata intuitiota. Niillä on jopa "itsekorjauskyky", mikä tarkoittaa, että jos este tukkii osan säteestä, muu säde palauttaa alkuperäisen muotonsa esteen ohituksen jälkeen.

Vaikka muut tutkimusryhmät ovat luoneet kaarevia säteitä muista hiukkasista - kuten fotoneista tai elektroneista - neutronien kaareuttaminen ilmassa kaartuviksi säteiksi on vaikeampaa. Linssit ovat voimattomia taivuttamaan niitä, ja koska neutroneilla ei ole varausta, sähkökentät eivät vaikuta niihin.

Joten tarvittiin uusi lähestymistapa ja tutkijoilta vaadittiinkin vuosien työ oikeiden ryhmittelyjen mitoitukseen.

Sitten tutkijat rakensivat mittatilaustyönä diffraktiohilajärjestelmän – piineliön, joka on noin kynän pyyhekumin kokoinen ja jossa oli pieniä linjoja. Nämä linjat, jotka on järjestetty yli kuuteen miljoonaan neliöön, joiden halkaisija on yksi mikrometri ja jotka on erotettu tarkasti toisistaan, voivat jakaa tavallisen neutronisäteen Airy-säteeksi.

Neutron Airy -säteet voisivat auttaa neutronikuvauslaitoksia näkemään paremmin, Huber sanoi. Ne auttaisivat lisäämään skannauksen resoluutiota tai luomaan erilaisia polttopisteitä, jotta voidaan tarkastella tarkemmin tiettyjä esineiden osia, mikä parantaisi yleisesti käytettyjä kuvantamistekniikoita, kuten neutronien sirontaa ja neutronidiffraktiota.

Yksi houkuttelevimmista mahdollisuuksista, Huber sanoi, olisi löytää tapoja yhdistää neutronisäde toisen tyyppiseen neutronisäteeseen.

Tiedemiehet voivat esimerkiksi yhdistää neutronin Airy-säteen kierteiseen neutronien aaltoon, jonka ryhmä oppi luomaan vuosikymmen sitten. Kahden säteen asettaminen päällekkäin antaisi tutkijoille mahdollisuuden tutkia materiaalin kiraalisuutta.

Parempi tapa tutkia ja karakterisoida kiraalisuutta voisi helpottaa tiettyjen ominaisuuksien ja toimintojen omaavien kiraalisten molekyylien kehittämistä, mikä saattaa mullistaa teollisuuden, kuten lääkkeiden, materiaalitieteen ja kemianteollisuuden.

Esimerkiksi kiraalisten lääkkeiden globaalit markkinat ylittävät 200 miljardia dollaria vuodessa, ja kiraaliset katalyysitekniikat tukevat monien kemiallisten tuotteiden valmistusta.

Kiraalisuuden merkitys kasvaa myös kvanttilaskennassa ja muissa huippuluokan elektronisissa sovelluksissa, kuten spintroniikassa.

Aiheesta aiemmin:

Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan

Fotonikiteet taivuttavat valoa aivan kuin painovoima