Forskere afslører magten bag forhænget - med neutroner

I et potentielt skridt fremad for billedteknologi, forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) og Sandia National Laboratories har udviklet en måde at bruge neutroner til at detektere elektriske felter i rum, der ikke kan nås af konventionelle sonder.

Deres ikke -destruktive, men gennemtrængende metode, beskrevet i journalen Fysisk gennemgangsbreve , kunne føre til sanseapparater, der kan gennemskue vægge til at detektere de elektriske felter i elektroniske komponenter - en klart nyttig kapacitet til sikkerhedsscreening og andre diagnostiske applikationer.

"Dette er første gang nogen har været i stand til at forestille sig et elektrisk felt, der er blevet fysisk isoleret, "sagde Dan Hussey, en NIST -fysiker. "Der kan være noget, som du ikke vil adskille, men gerne vil inspicere. Denne fremgangsmåde kan tilbyde en måde at se sine elektriske felter på, selvom barrierer står i vejen."

Teknikken kræver en intens stråle af polariserede neutroner, partiklerne, der sammen med protoner danner kernerne for alle andre grundstoffer end simpelt brint. Neutroner besidder evnen til at trænge igennem tætte materialer, såsom metaller, som blokerer passage af andre partikler eller strålingstyper.

I modsætning til ladede partikler, såsom positivt ladede protoner, neutroner besidder ingen nettoladning. Imidlertid, de har en magnetisk egenskab kaldet spin, som kan manipuleres med et magnetfelt. Neutrons rotationsretning påvirkes af magnetisme - noget forskergruppen brugte til deres fordel.

"Neutronen er elektrisk neutral, og alligevel bruger vi det til at fornemme det elektriske felt, "Sagde Hussey.

Ideen stammer fra Sandia-fysikeren Yuan-Yu Jau, der for nylig begyndte et Laboratory Directed Research and Development (LDRD) projekt for at detektere elektriske felter i rum, der ikke kan nås af konventionelle sonder. For at indse det, Jau havde brug for en god kilde til neutroner og dygtige detektorer - behov, der førte ham til NIST Center for Neutron Research (NCNR).

Når en neutron passerer gennem det elektriske felt, det svarer til, at det elektriske felt bevæger sig mod en stationær neutron; kun perspektivet, eller referenceramme, er anderledes. Og når kilden til et elektrisk felt bevæger sig, det genererer et magnetfelt.

Selv for det stærke elektriske felt, der anvendes i dette demonstrationsforsøg, det effektive magnetfelt var svagt (ca. 50 gange mindre end Jordens magnetfelt). Alligevel, dette svage magnetfelt vippede retningen på neutrons magnetiske spin lidt. I forsøgene, vippevinklen var mindre end en grad, men ved hjælp af en sensitiv polarimetri metode udviklet af teamet, en lille rotation blev målt med en nøjagtighed på omkring en hundrededel af en grad.

For at foretage denne nøjagtige måling, Hussey og hans NIST -kolleger byggede på NCNR's etablerede kapaciteter inden for polarimetri for at udvikle en metode, der er omkring 100 gange mere følsom end konventionel polarimetri. Deres metode afhænger af opførslen af ​​neutronernes spins, når de passerer ind i en type elektromagnet kaldet en solenoid, bruges sammen med et polariseret neutronspinfilter. Denne enhed er udviklet til andre formål, men det viste sig at være ideelt til denne forskning.

Forsøgets betingelser kan synes at undergrave den praktiske værdi af teknikken til brug i marken, da teamet krævede en uhensigtsmæssigt stor reaktor for at generere neutronstrålen. Imidlertid, mindre, kommercielt tilgængelige neutrongeneratorer findes, antyder, at metoden en dag kan udnyttes af bærbart udstyr, hvis den kunne generere en stærk nok stråle af neutroner.

Hussey understregede, at resultaterne kun viser, at konceptet er gyldigt. "Vi sprang ikke fremad for at prøve at se inde i metalgenstande, men det kommer i den nærmeste fremtid, " han sagde.

Imidlertid, sanseteknikken kunne finde flere anvendelser, når forskere designer eksperimenter omkring den.

"Du vil måske diagnosticere højspændingselektronik, mens de fungerer, eller potentielt undersøgelsesmaterialer, der har elektriske egenskaber i prøvemiljøer, "Sagde Hussey." Nu hvor kapaciteten eksisterer, måske dukker der andre ideer op. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NIST. Læs den originale historie her.