Установка лазерного источника нейтронов (LDNS) и пучка для эксперимента по спектроскопии резонансного поглощения нейтронов, разработанные Осакским университетом. (b) Спектр нейтронов, показывающий элементы образца (индий, тантал и серебро), расположенные на линии пучка нейтронов. Спектр был получен одним импульсом нейтронов длительностью всего 1/100 000 000 сек. 
Предоставлено: ILE, Осака.

В то время как большинство микроскопов используют фотоны или даже электроны для изучения небольших образцов, ученые также использовали нейтроны в широком спектре тестов, таких как рассеяние нейтронов, для изучения как промышленных, так и биологических образцов. Как нейтральные частицы нейтроны идеально подходят для неразрушающего исследования магнитных и атомных свойств рассматриваемых объектов, поскольку на них не влияет электрический заряд. Существуют более новые методы производства нейтронов в больших количествах, такие как использование лазерных источников нейтронов, но основной механизм остается неясным.

Теперь группа исследователей под руководством Университета Осаки разработала лазерный источник нейтронов и определила новый закон масштабирования между интенсивностью лазера и количеством произведенных нейтронов. Они обнаружили, что увеличение интенсивности дает нейтроны, пропорциональные четвертой степени, что может привести к очень большим изменениям, основанным на относительно небольших вложениях дополнительной энергии.

Используя этот закон, был проведен анализ, называемый резонансным поглощением нейтронов, для идентификации элементов в экспериментальном образце. «Источники нейтронов можно использовать в различных приложениях — от радиографии, спектроскопии, безопасности до медицины», — говорит первый автор Акифуми Його.

В ходе эксперимента исследователи направили чрезвычайно мощный лазерный луч на фольгу из дейтерированного полистирола. Вышедшие ионы столкнулись с блоком бериллия, что в свою очередь создало большой поток нейтронов. Небольшое замедляющее устройство использовалось для замедления нейтронов, чтобы они двигались с правильной скоростью для прохождения через образец.

По скорости поглощения нейтронов можно определить атомы в образце. «Мы успешно сократили время измерения с нескольких часов до крошечной доли секунды, что позволило проводить однократные эксперименты с быстрыми явлениями», — говорит старший автор Рёсукэ Кодама.

Процессы, происходящие в течение секунд или минут, теперь можно отслеживать в режиме реального времени, что было невозможно при использовании старых методов с меньшей интенсивностью нейтронов. Результаты этого исследования могут привести к значительному увеличению скорости промышленного контроля качества или идентификации биологических образцов.