Visualisering af stærke magnetfelter med neutroner

Forskere ved Paul Scherrer Institute PSI har udviklet en ny metode, hvormed stærke magnetfelter kan måles præcist. De bruger neutroner hentet fra SINQ -spallationskilden. I fremtiden, det vil derfor være muligt at måle felterne af magneter, der allerede er installeret i enheder og dermed er utilgængelige ved andre sonderingsteknikker. Forskerne har nu offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .

Neutroner er, som deres navn antyder, elektrisk neutrale og er byggestenene i næsten alle atomkerner. Neutroner interagerer med magnetfelter på grund af deres såkaldte spin. Forskere ved Paul Scherrer Institute PSI har nu vist, at denne egenskab kan bruges til at visualisere magnetiske felter. De brugte polariserede neutroner, hvilket betyder, at alle neutronerne har samme spin-orientering.

Hvis stråler af polariserede neutroner passerer gennem et magnetfelt, en brydning af neutronstrålen kan detekteres bag dette felt. Fra brydningsmønsteret, magnetfeltet og især forskellene i feltstyrker kan rekonstrueres. For første gang denne metode, også kendt som polariseret neutronristinterferometri (pnGI), er blevet brugt til at måle magnetiske felter.

En million gange stærkere end Jordens magnetfelt

pnGI kan bruges til at måle meget stærke magnetiske felter med en såkaldt gradientstyrke i størrelsesordenen 1 Tesla pr. centimeter. "Dette giver os mulighed for at bevæge os i størrelsesordener omkring en million gange stærkere end Jordens magnetfelt, siger Christian Grünzweig, en neutronforsker ved Paul Scherrer Institute PSI. Indtil nu, neutroner kunne kun bruges til at måle væsentligt svagere magnetfelter.

Fra generatorer til MR-systemer

Der er talrige anvendelsesmuligheder for den nye metode, frem for alt fordi neutroner trænger ikke-destruktivt ind i de fleste materialer. "Vi kan også sondere magnetiske felter, der er svære at få adgang til, fordi de allerede er indbygget i et apparat, " forklarer Jacopo Valsecchi, første forfatter til undersøgelsen og en ph.d.-kandidat, der arbejder på PSI. "Anvendelser spænder fra generatorer i bilmotorer til mange komponenter i energiforsyningssystemet til magnetiske felter fra magnetiske resonanstomografisystemer, der bruges i medicin."

Forskerne beviste, at deres metode virker ved at bruge computermodeller til at simulere de forventede resultater af målingen. Derefter tjekkede de, om sammenlignelige resultater rent faktisk kunne opnås med en reel måling. "Resultaterne fra simuleringerne og de faktiske måleresultater stemmer meget godt overens, " siger Grünzweig.

Med den nye metode, udsving i magnetfeltet kan også detekteres. For eksempel, selv permanente magneter, såsom dem, der er kendt fra magnetiske klistermærker til køleskabsdøre, ikke har et homogent magnetfelt. "Vi kan nu opdage mulige gradienter, selvom magnetfeltet er meget stærkt, " siger fysiker Valsecchi.

Forskerne har nu offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Naturkommunikation .