Fortalecendo a ciência de nêutrons: Laser

1º de fevereiro de 2023

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pela Universidade de Osaka

Cientistas do Instituto de Engenharia a Laser da Universidade de Osaka determinaram o mecanismo e a forma funcional para o rendimento de nêutrons de uma fonte acionada por laser e o usaram para realizar uma análise de ressonância de nêutrons muito mais rápido do que os métodos convencionais. Este trabalho pode ajudar a levar testes não invasivos para mais aplicações na fabricação e na medicina.

Enquanto a maioria dos microscópios usa fótons ou mesmo elétrons para estudar amostras pequenas, os cientistas também empregam nêutrons em uma ampla gama de testes, como na dispersão de nêutrons, para estudar tanto amostras fabricadas quanto espécimes biológicos. Como partículas neutras, os nêutrons são ideais para a investigação não destrutiva das propriedades magnéticas e atômicas dos objetos em consideração, uma vez que não são afetados pela carga elétrica. Existem métodos mais recentes para produzir nêutrons em grande número, como o uso de fontes de nêutrons acionadas por laser, mas o mecanismo subjacente permanece obscuro.

Agora, uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade de Osaka desenvolveu uma fonte de nêutrons acionada por laser e determinou uma nova lei de escala entre a intensidade do laser e o número de nêutrons produzidos. Eles descobriram que o aumento da intensidade produziu nêutrons proporcionais à quarta potência, o que pode levar a mudanças muito grandes com base em investimentos relativamente pequenos de energia adicional.

Usando esta lei, uma análise chamada absorção de ressonância de nêutrons foi realizada para identificar os elementos na amostra experimental. "As fontes de nêutrons podem ser usadas em aplicações que vão desde radiografia, espectroscopia, segurança até medicina", diz o primeiro autor Akifumi Yogo.

Em um experimento, os pesquisadores direcionaram um feixe de laser extremamente poderoso para uma folha de poliestireno deuterado. Os íons que saíram colidiram com um bloco de berílio, que por sua vez criou um grande fluxo de nêutrons. Um pequeno dispositivo moderador foi usado para desacelerar os nêutrons para que eles se movessem na velocidade correta para passar pela amostra.

Com base na taxa de absorção de nêutrons, os átomos na amostra podem ser determinados. "Reduzimos com sucesso o tempo de medição de várias horas para uma pequena fração de segundo, permitindo experimentos únicos envolvendo fenômenos rápidos", diz o autor sênior Ryosuke Kodama.

Processos que ocorrem ao longo de segundos ou minutos agora podem ser monitorados em tempo real, o que não era possível usando métodos mais antigos com intensidades de nêutrons menores. Os resultados desta pesquisa podem levar a aumentos significativos na velocidade de controle de qualidade industrial ou identificação de amostras biológicas.

Mais Informações: A. Yogo et al, Geração de nêutrons acionada por laser realizando espectroscopia de ressonância de disparo único, Physical Review X (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

Informações do jornal:Revisão Física X

Fornecido pela Universidade de Osaka