2004: Нейтронный микроскоп (создан в NIST.)

Применение:

Нейтронная визуализация имеет потенциал для изучения так называемых мягких материалов, поскольку небольшие изменения в расположении водорода внутри материала могут привести к очень заметным изменениям на нейтронном изображении.

Нейтроны также предоставляют уникальные возможности для исследования магнитных материалов. Отсутствие у нейтрона электрического заряда означает, что нет необходимости корректировать магнитные измерения из-за ошибок, вызванных рассеянными электрическими полями и зарядами. Поляризованные пучки нейтронов ориентируют спины нейтронов в одном направлении. Это позволяет измерять силу и характеристики магнетизма материала.

Приборы на основе нейтронов обладают способностью исследовать металлические объекты, такие как топливные элементы, батареи и двигатели, для изучения их внутренней структуры. Нейтронные приборы также уникально чувствительны к более легким элементам, которые важны в биологических материалах.

Изображения теней:

Теневые снимки - это изображения, получаемые путем отбрасывания тени на поверхность, обычно сделанные с помощью камеры-обскуры и широко используемые для неразрушающего контроля. Такие камеры обеспечивают низкий уровень освещенности, требующий длительного времени экспозиции. Они также обеспечивают низкое пространственное разрешение. Разрешение такого объектива не может быть меньше диаметра отверстия. Хороший баланс между освещенностью и разрешением достигается, когда диаметр точечного отверстия примерно в 100 раз меньше расстояния между точечным отверстием и экраном изображения, что эффективно превращает точечное отверстие в объектив f/ 100. Разрешение точечного отверстия f / 100 составляет около половины градуса.

Зеркало Вольтера:

Стеклянные линзы и обычные зеркала бесполезны для работы с нейтронами, поскольку они проходят через такие материалы без преломления или отражения. Вместо этого в нейтронном микроскопе используется зеркало Вольтера, аналогичное по принципу зеркалам скользящего падения, используемым для рентгеновских и гамма-телескопов.

Когда нейтрон касается поверхности металла под достаточно малым углом, он отражается от поверхности металла под тем же углом. Когда это происходит со светом, эффект называется полным внутренним отражением. Критический угол для скользящего отражения достаточно велик (несколько десятых градуса для тепловых нейтронов), чтобы можно было использовать изогнутое зеркало. Затем изогнутые зеркала позволяют создать систему визуализации.

В микроскопе используется несколько светоотражающих цилиндров, вложенных друг в друга, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для отражения.

Измерение:

Поток нейтронов в фокальной плоскости изображения измеряется с помощью ПЗС-матрицы с нейтронным сцинтилляционным экраном перед ней. Сцинтилляционный экран изготовлен из сульфида цинка, флуоресцентного соединения с примесью лития. Когда тепловой нейтрон поглощается ядром лития-6, это вызывает реакцию деления, в результате которой образуются гелий, тритий и энергия. Эти продукты деления заставляют люминофор ZnS загораться, создавая оптическое изображение для захвата ПЗС-матрицей.