صدى الدوران بالرنين النيوتروني

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

صدى الدوران الرنيني للنيوترون هو تقنية تشتت نيوتروني شبه مرن، طوّرها غاهلر وغولوب. في شكلها الكلاسيكي، تُستخدم هذه التقنية بشكل مشابه لتقنية قياس طيف صدى الدوران النيوتروني التقليدية (NSE) للتشتت شبه المرن ، حيث يجب رصد التغيرات الطفيفة في الطاقة بين العينة والنيوترون . على عكس تقنية NSE، تُستبدل الملفات اللولبية المغناطيسية الكبيرة بقلبين رنينيين. يتيح هذا إمكانية استخدام تقنيات مختلفة، بالاشتراك مع مطيافات ثلاثية المحاور، لرصد عرض خط طيفي ضيق للإثارات، أو تقنية تعديل الشدة بدون جهد (MIEZE) لظروف إزالة الاستقطاب والتشتت غير المتماسك، وهي ظروف غير ممكنة باستخدام تقنية NSE التقليدية.

تُحقق تقنيات صدى دوران النيوترونات دقة طاقة عالية جدًا بالتزامن مع كثافة نيوترونية عالية جدًا، وذلك بفصل دقة طاقة الجهاز عن تشتت الطول الموجي للنيوترونات. يتم ترميز انتقال طاقة النيوترونات في استقطابها وليس في تغير الطول الموجي للنيوترونات المتشتتة. يوفر استقطاب النيوترون النهائي دالة التشتت الوسيطة (المُعَيَّرة) S(Q,τ)، مما يُتيح معلومات مباشرة عن عمليات الاسترخاء ، وطاقات التنشيط ، وسعات العمليات الديناميكية في العينات قيد الدراسة.

كيف يعمل؟

تعتمد تقنية صدى الدوران النيوتروني الكلاسيكية (الشكل 1 أ) على ترنح لامور الذي يخضع له دوران النيوترون أثناء مروره عبر حقول مغناطيسية ثابتة . ومع ذلك، توجد عدة مخططات أخرى لصدى الدوران النيوتروني تستخدم انعكاسات الدوران الرنانة في مجال ترددات الراديو المغناطيسية لتحقيق التأثير نفسه على النيوترون، مثل صدى الدوران الرنان للنيوترون (NRSE) وتعديل الشدة بجهد صفري (MIEZE). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

في تقنية NRSE، تُستبدل المجالات المغناطيسية الساكنة الناتجة عن ملفات التيار المستمر الكبيرة في تقنية NSE بملفين رنينيين قلابين، مما يُنتج مجالًا مغناطيسيًا ساكنًا B₀ ومجالًا بترددات الراديو (RF) عموديًا عليه بتردد ωRF (الشكل 1. ب). [ 4 ] [ 5 ]

يخضع النيوترون الداخل إلى المِقلب الرنيني الأول لانقلاب رنيني π مُستحث بواسطة المجال الساكن B₀ ، بينما يدور بتردد ωL ( تردد لامور ) يساوي ωRF، ويُجري تذبذبات رابي نتيجةً للمجال الراديوي. في رنين الدوران النووي الكلاسيكي، يبقى المسار بين المِقلبين خاليًا من أي مجال مغناطيسي، ولا تتغير طور الدوران. في ملف المِقلب الرنيني الثاني، يخضع النيوترون لانقلاب رنيني π آخر. تأثير هذين المِقلبين على دوران النيوترون مُطابق لتأثير مجال مغناطيسي ساكن فعال كما هو مُستخدم في رنين الدوران النووي. [ 1 ] [ 6 ] [ 7 ]

صدى الدوران الرنيني الطولي

صُمم إعداد NRSE الأصلي بتكوين عرضي (T-NRSE، الشكل 1. ب) حيث يكون المجال B₀ عموديًا على اتجاه الدوران. في هذا التكوين، تكون دقة الطاقة للجهاز محدودة بدقة إنتاج ملفات B₀ إلى بضع نانوثوانٍ. يجب أن تكون المسافة بين ملفات NRSE العرضية خالية من المجال، ولذلك تُغطى بغلاف من معدن مو . [ 8 ] أدت العيوب المذكورة أعلاه إلى تطوير تصميم NRSE الطولي (L-NRSE، الشكل 1. د) لدمج مزايا كل من NSE الكلاسيكي وT-NRSE. [ 9 ] [ 10 ] على عكس تقنية NRSE العرضية التقليدية، يسمح تكوين NRSE الطولي المتناظر أسطوانيًا باستخدام مجالات توجيه عبر المطياف بأكمله، مما يقلل الجهد المبذول للحفاظ على استقطاب النيوترونات. هذا يجعل استخدام التدريع المعدني من نوع مو-ميتال، المطلوب لتقنية NRSE المستعرضة، غير ضروري، ويسهل الحفاظ على استقطاب النيوترونات ذات الأطوال الموجية الكبيرة λ. وتُعد هذه النيوترونات ذات أهمية خاصة لتقنيات NSE، حيث تزداد دقتها مع λ³ . [ 11 ] باستخدام هندسة المجال الطولي، لا يلزم إجراء أي تصحيحات للمجال لحزمة نيوترونات غير متباعدة، بينما تكون التصحيحات لمسارات النيوترونات المتباعدة أصغر بعشر مرات على الأقل مقارنةً بتقنية NSE التقليدية.

بالاشتراك مع TAS

تتميز ملفات الترددات الراديوية المستخدمة في تقنية NRSE بصغر حجمها مقارنةً بملفات التيار المستمر المستخدمة في تقنية NSE التقليدية، مما يؤدي إلى تقليل كبير في المجالات المتسربة حول الملفات. وهذا يُتيح إمكانية إمالة ملفات الترددات الراديوية وإجراء تقنية NRSE في تكوين مطياف ثلاثي المحاور. كما تُتيح إمالة الملفات تركيز صدى الدوران، حيث يُمكن قياس تشتت الطاقة الكامل للإثارة بدقة عالية جدًا (تصل إلى 1 ميكرو إلكترون فولت) عبر منطقة بريلوين بأكملها. وبالتالي، تسمح هذه التقنية بدراسة عرض خطوط الإثارات المشتتة، بما في ذلك الفونونات والماغنونات ، عبر منطقة بريلوين بأكملها . [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

ميز

من عيوب تقنيتي NSE وNRSE التقليديتين أن إزالة استقطاب حزمة النيوترونات تؤدي إلى فقدان الإشارة تمامًا، مما يجعل القياس مستحيلاً في ظل ظروف إزالة الاستقطاب، كالمجالات المغناطيسية الشديدة. علاوة على ذلك، لا يمكن قياس العينات التي تُسبب إزالة استقطاب حزمة النيوترونات، مثل المواد المغناطيسية الحديدية والموصلات الفائقة . ونظرًا لغلبة التشتت غير المتماسك، يصعب أيضًا قياس المواد التي تحتوي على كميات كبيرة من الهيدروجين باستخدام تقنيتي NSE وNRSE التقليديتين. ولتجاوز هذه العيوب، طُورت طريقة MIEZE (تعديل الشدة بجهد صفري) في التكوينين العرضي والطولي (الشكل 1، ج) وهـ).

في تكوين MIEZE، يعمل أول مُقلِّبَي دوران بترددات الراديو بترددات مختلفة (على عكس NRSE التقليدي حيث يعملان بنفس التردد)، مما يؤدي إلى تعديل زمني جيبي للإشارة المقاسة، والتي يتم الكشف عنها بواسطة كاشف حساس للوقت والموقع. [ 16 ] [ 4 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] يسمح هذا الإعداد بوضع جميع أجهزة معالجة الدوران (بما في ذلك المحلل) قبل العينة، مما يُمكِّن من قياس العينات (إزالة الاستقطاب) في ظل ظروف إزالة الاستقطاب. [ 20 ] [ 11 ] وباتباع نفس التسمية المستخدمة في NRSE، يشير MIEZE المستعرض إلى تكوين يكون فيه المجال B₀ متعامدًا مع حزمة النيوترونات، بينما في MIEZE الطولي، يكون المجال B₀ موازيًا لحزمة النيوترونات.

أدوات مخصصة

تُقدّم القائمة أدناه قائمة شاملة بأجهزة قياس صدى دوران النيوترونات المستخدمة (أو قيد التخطيط) حاليًا. تعمل معظم هذه الأجهزة في مصادر نيوترونية مستمرة باستخدام نيوترونات باردة . ويُستخدم عدد قليل جدًا منها في ظروف مختلفة، كما هو موضح أدناه.

بورصة الأوراق المالية الوطنية

NRSE

ميز

مطياف ثلاثي المحاور – NRSE

مراجع

  1. 1 2 غالر، ر.؛ جولوب، ر. (سبتمبر 1987). “مطياف نيوتروني عالي الدقة للتشتت شبه المرن على أساس الصدى المغزلي والرنين المغناطيسي”. Zeitschrift für Physik B. 65 (3): 269– 273. بيب كود : 1987ZPhyB ..65..269G . دوى : 10.1007/bf01303712 . ردمك 0722-3277 . S2CID 122941165 .  
  2. ↑ غولوب، ر.؛ غاهلر، ر. (يوليو 1987). "مطياف صدى الدوران بالرنين النيوتروني للتشتت شبه المرن وغير المرن". رسائل الفيزياء أ . 123 (1): 43-48 . رمز Bibcode : 1987PhLA..123...43G . doi : 10.1016/0375-9601(87)90760-2 . ISSN 0375-9601 . 
  3. ↑ شميدت، سي جيه؛ غرويتل، إف؛ كلاين، إم؛ شميدت، يو؛ هاوسلر، دبليو (2010). "CASCADE مع NRSE: تقنيات تعديل الشدة السريعة المستخدمة في تشتت النيوترونات شبه المرن" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 251 (1) 012067. Bibcode : 2010JPhCS.251a2067S . doi : 10.1088/1742-6596/251/1/012067 . ISSN 1742-6596 . 
  4. 1 2 غاهلر، ر.؛ غولوب، ر.؛ كيلر، ت. (يونيو 1992). "صدى دوران الرنين النيوتروني - أداة جديدة لتحليل الطيف عالي الدقة". فيزيكا ب: المادة المكثفة . 180-181 : 899-902 . رمز Bibcode : 1992PhyB..180..899G . doi : 10.1016/0921-4526(92)90503-k . ISSN 0921-4526 . 
  5. ↑ هاوسلر، دبليو؛ بوني، ب؛ كلاين، م؛ شميدت، سي جيه؛ شميدت، يو؛ غرويتل، إف؛ كيندرفاتر، جيه (أبريل 2011). "الكشف عن تذبذبات شدة التردد العالي في تجربة RESEDA باستخدام كاشف CASCADE". مجلة الأدوات العلمية . 82 (4): 045101–045101–6. Bibcode : 2011RScI...82d5101H . doi : 10.1063/1.3571300 . ISSN 0034-6748 . PMID 21529033 .  
  6. ↑ هاوسلر، فولفغانغ؛ شميدت، أولريش (2005). "طرح التكامل الميداني الفعال من خلال الجمع بين صدى الدوران وصدى الدوران الرنيني". فيزياء كيميائية. كيمياء فيزيائية . 7 (6): 1245-1249 . Bibcode : 2005PCCP....7.1245H . doi : 10.1039/b419281h . PMID 19791340 . 
  7. ↑ شوينك، تش.؛ شاربف، أ. (سبتمبر 1975). "حل معادلة باولي للنيوترونات في مجالات مغناطيسية متغيرة وتطبيقها على الانعكاس والنفاذ في الهياكل المغناطيسية الحلزونية". مجلة الفيزياء ب . 21 (3): 305-311 . رمز Bibcode : 1975ZPhyB..21..305S . doi : 10.1007/BF01313312 . S2CID 120162371 . 
  8. ^ كيندرفاتر، ج. مارتن، ن.؛ هوسلر، دبليو. كروتلوهير، م. فوكس، C.؛ مولباور، S .؛ ليم، جا؛ بلاكبيرن، إي. بوني، ص. بفلايدرر، سي؛ فريك، ب. كوزا، مم. بوم، م. موتكا، هـ. (23 يناير 2015). “التحليل الطيفي لصدى الدوران النيوتروني تحت المجال المغناطيسي 17 T في RESEDA”. EPJ شبكة المؤتمرات . 83 : 03008. أرخايف : 1406.0405 . بيب كود : 2015EPJWC..8303008K . دوى : 10.1051/epjconf/20158303008 . S2CID 27167009 . 
  9. ↑ هاوسلر، فولفغانغ؛ شميدت، أولريش؛ إيلرز، جورج؛ ميزي، فيرينك (أغسطس 2003). "صدى الدوران بالرنين النيوتروني باستخدام ملفات تصحيح صدى الدوران". الفيزياء الكيميائية . 292 ( 2-3 ): 501-510 . Bibcode : 2003CP....292..501H . doi : 10.1016/S0301-0104(03)00119-8 .
  10. ↑ هاوسلر، دبليو؛ شميدت، يو؛ دوبرز، دي (يوليو 2004). "زيادة الزاوية المجسمة في صدى الدوران بالرنين النيوتروني". فيزيكا ب: المادة المكثفة . 350 ( 1-3 ): E799- E802. رمز Bibcode : 2004PhyB..350E.799H . doi : 10.1016/j.physb.2004.03.208 .
  11. 1 2 جورجي، ر.؛ كيندرفاتر، ج.؛ بفلايدرر، س.؛ بوني، ب. (نوفمبر 2016). "RESPECT: مطياف صدى الدوران بالرنين النيوتروني للدراسات المتطرفة". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . 837 : 123-135 . arXiv : 1608.00836 . Bibcode : 2016NIMPA.837..123G . doi : 10.1016/j.nima.2016.08.004 . S2CID 118558790 . 
  12. ↑ باين، ر. (نوفمبر 1978). "مطياف صدى دوران النيوترون ومطياف ثلاثي المحاور". مجلة الفيزياء هـ: الأدوات العلمية . 11 (11): 1133-1140 . رمز Bibcode : 1978JPhE...11.1133P . doi : 10.1088/0022-3735/11/11/015 .
  13. ↑ كيلر، ت.؛ هابشت، ك.؛ كلان، هـ.؛ أوهل، م.؛ شنايدر، هـ.؛ كيمر، ب. (1 ديسمبر 2002). "مطياف NRSE-TAS في FRM-2". الفيزياء التطبيقية أ: علم المواد ومعالجتها . 74 : ص332- ص335. Bibcode : 2002ApPhA..74S.332K . doi : 10.1007/s003390201612 . S2CID 121780746 . 
  14. ↑ كيلر، ت.؛ كيمر، ب.؛ هابشت، ك.؛ غولوب، ر.؛ ميزي، ف. (2002). "مطيافية صدى الدوران الرنيني النيوتروني - مطيافية المحاور الثلاثية (NRSE-TAS)". مطيافية صدى الدوران النيوتروني . سلسلة محاضرات في الفيزياء. المجلد 601. الصفحات 74-86 . doi : 10.1007/3-540-45823-9_8 . ISBN   978-3-540-44293-6.
  15. ↑ غرويتل، ف.؛ كيلر، ت.؛ كوينتيرو-كاسترو، د.ل.؛ هابشت، ك. (فبراير 2015). "تحديث صدى الدوران بالرنين النيوتروني في مطياف FLEXX ثلاثي المحاور" . مجلة الأدوات العلمية . 86 (2): 025110. رمز Bibcode : 2015RScI...86b5110G . doi : 10.1063/1.4908167 . PMID 25725891 . 
  16. ↑ بيسنبوك، دبليو؛ غاهلر، آر؛ هانك، بي؛ كان، آر؛ كوب، إم؛ دي نوفيون، سي. -إتش؛ بيتري، دبليو؛ ووتكه، جيه. (1 أبريل 1998). "أول تجربة تشتت على جهاز MIEZE: مطياف زمن الطيران بتحويل فورييه باستخدام ملفات الرنين". مجلة أبحاث النيوترونات . 7 (1): 65-74 . doi : 10.1080/10238169808200231 .
  17. ↑ هانك، ب.؛ بيسنبوك، و.؛ غاهلر، ر.؛ كوب، م. (يونيو 1997). "تقنيات صدى دوران النيوترونات في غياب المجال للتشتت غير المتماسك". فيزيكا ب: المادة المكثفة . 234-236 : 1130-1132 . Bibcode : 1997PhyB..234.1130H . doi : 10.1016/S0921-4526(97)89269-1 .
  18. ↑ هاوسلر، دبليو؛ بوني، ب؛ كلاين، م؛ شميدت، سي جيه؛ شميدت، يو؛ غرويتل، إف؛ كيندرفاتر، جيه (أبريل 2011). "الكشف عن تذبذبات شدة التردد العالي في تجربة RESEDA باستخدام كاشف CASCADE". مجلة الأدوات العلمية . 82 (4): 045101–045101–6. Bibcode : 2011RScI...82d5101H . doi : 10.1063/1.3571300 . PMID 21529033 . 
  19. ↑ شميدت، سي جيه؛ غرويتل، إف؛ كلاين، إم؛ شميدت، يو؛ هاوسلر، دبليو (1 نوفمبر 2010). "CASCADE مع NRSE: تقنيات تعديل الشدة السريعة المستخدمة في تشتت النيوترونات شبه المرن" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 251 (1) 012067. Bibcode : 2010JPhCS.251a2067S . doi : 10.1088/1742-6596/251/1/012067 .
  20. ↑ كراوتلوهر، ماكسيميليان؛ كيندرفاتر، جوناس؛ كيلر، توماس؛ هاوسلر، فولفغانغ (ديسمبر 2016). "صدى دوران الرنين النيوتروني مع مجالات التيار المستمر الطولية". مراجعة الأدوات العلمية . 87 (12): 125110. رمز Bibcode : 2016RScI...87l5110K . doi : 10.1063/1.4972395 . PMID 28040941 .