مطيافية النيوترونات

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة
مخطط لمطياف ثلاثي المحاور للنيوترونات في مفاعل نيوتروني (IN1 في معهد لاو لانجفين، ILL، غرونوبل).

مطيافية النيوترونات هي طريقة طيفية لقياس الحركات الذرية والمغناطيسية عن طريق قياس الطاقة الحركية للنيوترونات المنبعثة . قد تنبعث النيوترونات المقاسة مباشرةً (على سبيل المثال، من خلال التفاعلات النووية )، أو قد تتشتت عن المادة الباردة قبل وصولها إلى الكاشف. يرصد تشتت النيوترونات غير المرن التغير في طاقة النيوترون ومتجه موجته أثناء تشتته عن العينة. [ 1 ] يمكن استخدام هذه التقنية لدراسة مجموعة واسعة من الظواهر الفيزيائية المختلفة، مثل حركات الذرات (الانتشارية أو القفزية)، وأنماط دوران الجزيئات، وأنماط الصوت والاهتزازات الجزيئية ، والارتداد في الموائع الكمومية ، والإثارات المغناطيسية والكمومية، أو حتى الانتقالات الإلكترونية. [ 2 ]

منذ اكتشافها، أصبحت مطيافية النيوترونات ذات فائدة كبيرة في الطب، حيث طُبقت في مجال الوقاية من الإشعاع والعلاج الإشعاعي . [ 3 ] كما تُستخدم في تجارب الاندماج النووي ، حيث يُمكن استخدام طيف النيوترونات لاستنتاج درجة حرارة البلازما وكثافتها وتركيبها، بالإضافة إلى إجمالي طاقة الاندماج. [ 4 ]

تُجرى دراسة طيف النيوترونات بشكل روتيني باستخدام نطاق واسع من طاقات النيوترونات، بدءًا من بضع أجزاء من مئة من الإلكترون فولت [ 5 ] وصولًا إلى عشرات الميغا إلكترون فولت [ 4 ] . ويركز جزء كبير من الأبحاث الحالية على توسيع هذه القدرات لتشمل طاقات أعلى. في عام 2001، تمكن باحثون أمريكيون من قياس النيوترونات بطاقات تصل إلى 100 غيغا إلكترون فولت [ 6 ].

التفاعلات التشتتية المتضمنة في مطيافية النيوترونات

توجد ثلاثة أنواع مختلفة من تفاعلات التشتت التي تسمح بدراسة مجموعة متنوعة من الخصائص باستخدام النيوترونات: التشتت النووي (التشتت المتماسك)، والتشتت النووي المعتمد على اللف المغزلي ( التشتت غير المتماسك )، وتفاعلات ثنائي القطب المغناطيسي بين النيوترون والمجال ثنائي القطب للإلكترونات غير المزدوجة . في معظم الحالات، يُستخدم التشتت المتماسك والتشتت غير المتماسك لدراسة الخصائص الجزيئية.

بفضل تفاعلات التشتت هذه، يُمكن دراسة الحركات الانتشارية في الماء السائل، مثل الحركات الانتقالية والدورانية، نظرًا لأن الطاقات المرتبطة بهذا الفعل تُقارب 1 ملي إلكترون فولت. كما يُمكن استخدام مطيافية النيوترونات لدراسة أنماط الاهتزاز بين الجزيئات وداخلها، حيث تتراوح الطاقات المرتبطة بهذه الانتقالات بين 400 و500 ملي إلكترون فولت، وهو ما يزال ضمن نطاق الطاقات الممكنة لهذه الطريقة. [ 7 ]

التشتت النووي المتماسك

النوع الأول من التفاعل هو التشتت النووي، الذي يحدث عندما تتفاعل النيوترونات مع النوى عبر القوة النووية قصيرة المدى جدًا. يبلغ طول الموجة، λ، بضعة أنغسترومات (Å). ولأن النيوترون الحراري لا يستطيع "رؤية" البنية الداخلية للنواة، يُعتبر التشتت متناحياً . يتميز هذا التفاعل بطول تشتت b، وهو من نفس رتبة حجم النواة (10⁻¹⁵ متر ). لذلك، يسمح التشتت النووي بدراسة ترابطات كثافة النيوكليونات في النواة. [ 7 ] [ 8 ]

التشتت النووي غير المتماسك

النوع الثاني من التفاعل هو التشتت النووي المعتمد على اللف المغزلي، حيث يعتمد تفاعل النيوترون مع النواة على اللف المغزلي الكلي (لف النيوترون، ½، ولف النواة، I) المتكون أثناء عملية التشتت. وبذلك، تصبح الحالتان المحتملتان I + ½ و I – ½. ينتج عن هذا الاعتماد على اللف المغزلي تشتت غير متماسك، مما يسمح بدراسة حركة الجسيمات المفردة، بالإضافة إلى دراسة ترتيب اللف المغزلي النووي عند درجات حرارة منخفضة للغاية. [ 7 ] [ 8 ]

التفاعل بين ثنائي القطب المغناطيسي

النوع الثالث من التفاعل هو التفاعل بين العزم المغناطيسي ثنائي القطب للنيوترون والمجال ثنائي القطب الناتج عن الإلكترونات غير المزدوجة. يسمح هذا التفاعل بدراسة اللف المغزلي الكلي للإلكترونات غير المزدوجة والنيوترون. يبلغ طول التشتت المغناطيسي الناتج عن إلكترون واحد b<sub> m</sub> = βr<sub> 0</sub> = 1.348 fm، وهو من نفس رتبة مقدار طول التشتت النووي. ونظرًا لطبيعة التفاعل ثنائية القطب، يُعتبر التشتت غير متناحٍ. [ 7 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ لوفنهاوبت، م. (2004-01-01)، "الإثارات المغناطيسية في المواد الصلبة" ، في بوشو، ك. هـ. يورغن؛ كاهن، روبرت و.؛ فليمنغز، ميرتون س.؛ إيلشنر، برنارد (محررون)، موسوعة المواد: العلوم والتكنولوجيا ، أكسفورد: إلسيفير، ص 1-7 ، doi : 10.1016/b0-08-043152-6/01904-5 ، ISBN  978-0-08-043152-9تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2024
  2. ↑ "ISIS - مطيافية النيوترونات" . www.isis.stfc.ac.uk. مؤرشف من الأصل بتاريخ 25-10-2009.
  3. ↑ بروكس، ف. د.؛ كلاين، هـ. (1 يناير 2002). "مطيافية النيوترونات - مراجعة تاريخية والوضع الراهن" . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . ورشة العمل الدولية حول مطيافية مجال النيوترونات في العلوم والتكنولوجيا والحماية من الإشعاع. 476 (1): 1-11 . رمز Bibcode : 2002NIMPA.476....1B . doi : 10.1016/S0168-9002(01)01378-X . ISSN 0168-9002 . 
  4. 1 2 إريكسون، غوران (27-02-2019). "مطيافية النيوترونات المتقدمة في أبحاث الاندماج" . مجلة طاقة الاندماج . 38 : 330-355 . doi : 10.1007/s10894-019-00213-9 .
  5. ↑ هاشيموتو، ك.؛ ناغاي، ي. (2014-01-01)، "8.14 - إنتاج النويدات المشعة" ، في براهم، أندرس (محرر)، الفيزياء الطبية الحيوية الشاملة ، أكسفورد: إلسيفير، ص 219-227 ، doi : 10.1016/b978-0-444-53632-7.00614-6 ، ISBN  978-0-444-53633-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2024
  6. ↑ غولدهاغن، ب؛ ريجيناتو، م؛ كنيس، ت؛ ويلسون، ج. و؛ سينغلتيري، ر. س؛ جونز، إ. و؛ فان ستيفينينك، و (2002-01-01). "قياس طيف طاقة النيوترونات الناتجة عن الأشعة الكونية على متن طائرة ER-2 عالية الارتفاع" . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . ورشة العمل الدولية حول قياس طيف مجال النيوترونات في العلوم والتكنولوجيا والحماية من الإشعاع. 476 (1): 42-51 . رمز Bibcode : 2002NIMPA.476...42G . doi : 10.1016/S0168-9002(01)01386-9 . ISSN 0168-9002 . PMID 12033224 .  
  7. 1 2 3 4 أندرياني، كارلا؛ كرزستينياك، ماسيج؛ رومانيلي، جيوفاني؛ سينسي، روبرتو؛ فرنانديز ألونسو ، فيليكس (2017/01/02). "التحليل الطيفي النيوتروني بالإلكترون فولت: ما وراء الأنظمة الأساسية" . التقدم في الفيزياء . 66 (1): 1– 73. دوى : 10.1080/00018732.2017.1317963 . ISSN 0001-8732 . 
  8. 1 2 هيبرت، ف.، أد. (2006). التحليل الطيفي للنيوترونات والأشعة السينية . دوردريخت: سبرينغر. رقم ISBN 978-1-4020-3336-0. OCLC 61478231 . 
  • مطياف النيوترونات على متن مركبة ناسا الفضائية MESSENGER .