新型的显微镜使用中子

麻省理工学院的研究人员,与合作伙伴在NASA合作,已经开发出一种新概念的显微镜使用中子——没有电荷的亚原子粒子——而不是光束或电子形成高分辨率的图像。

等特性,neutron-based仪器内部有能力探测金属物体(如燃料电池,电池,和引擎,即使在使用,学习他们的内部结构的细节。中子仪器也对磁性独特的敏感和较轻的元素,在生物材料是很重要的。

新概念已经提出今年的一系列研究论文,其中包括发表在本周的《自然通讯由麻省理工学院博士后Dazhi Liu研究科学家鲍里斯•Khaykovich教授大卫•Moncton和其他四人。

Moncton、物理学副教授和麻省理工学院的核反应堆实验室主任说,Khaykovich首次提出适应一个60岁的概念的想法的方式聚焦x射线使用镜子来构建一个高性能的中子显微镜的挑战。直到现在,大多数中子仪器类似针孔摄像头:原油成像系统,只是让光通过一个小开口。没有有效的光学组件,这些设备产生弱图像分辨率较差。

超出了针孔

”中子,没有高质量的重点设备,“Moncton说。“基本上所有的中子仪器发展了半个世纪实际上是针孔相机。”但这个新的进展,他说,“我们将中子成像领域的时代的针孔相机的时代真正的光学”。

“新设备就像镜子成像透镜的光学显微镜,”刘补充道。

因为中子只有最低限度与物质相互作用,很难聚焦光束的创建一个望远镜和显微镜。但是一个基本的概念,提出了x射线,1952年由汉斯·沃尔特和后来的发展,美国国家航空航天局(NASA)的赞助下,望远镜等钱德拉x射线天文台(这是由麻省理工学院的科学家们设计和管理)。中子束光的相互作用弱,就像x射线,并且可以集中由一个类似的光学系统。

众所周知,光可以正常反映在无反射表面,只要它罢工,表面浅角;这是基础物理的一个沙漠海市蜃楼。使用相同的原则,镜子与某些涂料可以在浅的角度反映中子。

一个更清晰,更小的设备

实际仪器使用多个反射气缸嵌套在另一个,以增加可用的表面积反射。由此产生的设备可以改善现有的中子成像系统的性能大约50倍,研究人员说,允许更清晰的图像,小得多的乐器,或两者兼而有之。

团队最初设计和优化数字概念,然后捏造一个小测试仪器作为一个概念验证和演示其性能使用中子束核反应堆设施在麻省理工学院的实验室。以后的工作,需要一个不同的中子能量谱,进行了在橡树岭国家实验室(ORNL)和国家标准与技术研究所(NIST)。

这种新仪器可以用来观察和描述各种材料和生物样品;其他非成象方法,利用中子散射可能受益。因为中子束相对低能,他们是“散射探针更敏感,”Moncton说,等现象的“原子或磁矩移动材料。”

研究人员下一步准备建立一个优化neutron-microscopy系统与NIST合作,已经有一个很大的中子束研究设施。这种新仪器预计将花费几百万美元。

Moncton指出,最近的一次重大进步领域的价值14亿美元的设施的建设,提供了一个中子通量增加十倍。“鉴于中子束的生产成本,有必要配备最有效的光学可能,”他说。

材料科学家罗杰Pynn在加州大学圣芭芭拉他并没有参与这项研究,说:“我期望它导致中子成像技术的突破。…它提供了潜在的一些新的应用中子散射-我们很长一段时间没见过了。”