중성자 과학 강화: 레이저

2023년 2월 1일

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오사카 대학

오사카 대학 레이저 ​​공학 연구소의 과학자들은 레이저 구동 소스에서 중성자 생성에 대한 메커니즘과 기능적 형태를 결정하고 이를 사용하여 기존 방법보다 훨씬 빠르게 중성자 공명 분석을 수행했습니다. 이 작업은 비침습적 테스트를 제조 및 의학 분야의 더 많은 응용 분야에 적용하는 데 도움이 될 수 있습니다.

대부분의 현미경은 작은 샘플을 연구하기 위해 광자나 심지어 전자를 사용하지만, 과학자들은 중성자 산란과 같은 다양한 테스트에서 중성자를 사용하여 제조된 샘플과 생물학적 표본을 모두 연구했습니다. 중성 입자인 중성자는 전하의 영향을 받지 않기 때문에 대상 물체의 자기 및 원자 특성을 비파괴적으로 조사하는 데 이상적입니다. 레이저 구동 중성자 소스를 사용하는 것과 같이 대량으로 중성자를 생산하는 새로운 방법이 존재하지만 기본 메커니즘은 아직 불분명합니다.

이제 오사카 대학이 이끄는 연구팀은 레이저 구동 중성자 소스를 개발하고 레이저 강도와 생성된 중성자 수 사이의 새로운 스케일링 법칙을 결정했습니다. 그들은 강도를 높이면 4제곱에 비례하는 중성자가 생성되며, 이는 추가 전력에 대한 상대적으로 적은 투자를 기반으로 매우 큰 변화를 초래할 수 있음을 발견했습니다.

이 법칙을 이용하여 실험 시료의 원소를 확인하기 위해 중성자 공명 흡수라는 분석이 수행되었습니다. 중성자 소스는 방사선 촬영, 분광학, 보안, 의학에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용될 수 있다고 제1저자인 Akifumi Yogo는 말했습니다.

한 실험에서 연구원들은 중수소화 폴리스티렌 호일에 매우 강력한 레이저 빔을 조사했습니다. 나온 이온은 베릴륨 블록과 충돌하여 큰 양의 중성자를 생성했습니다. 중성자가 샘플을 통과할 수 있는 정확한 속도로 움직일 수 있도록 작은 감속재 장치를 사용하여 중성자를 느리게 했습니다.

중성자 흡수율을 바탕으로 샘플의 원자를 결정할 수 있습니다. 수석 저자인 Ryosuke Kodama는 "우리는 측정 시간을 몇 시간에서 1초의 아주 작은 부분으로 성공적으로 단축하여 빠른 현상과 관련된 단발 실험을 가능하게 했습니다"라고 말했습니다.

몇 초 또는 몇 분에 걸쳐 발생하는 프로세스를 이제 실시간으로 모니터링할 수 있는데, 이는 중성자 강도가 낮은 기존 방법으로는 불가능했습니다. 이 연구 결과는 산업 품질 관리 또는 생물학적 샘플 식별 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

추가 정보: A. Yogo 외, 단발 공명 분광학을 실현하는 레이저 구동 중성자 생성, Physical Review X(2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

저널 정보:물리적 검토 X

오사카대학 제공