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中性子顕微鏡は、小角中性子散乱によって集束された中性子を使用して、調査対象物に中性子を通過させて画像を作成します。対象物に吸収されなかった中性子はシンチレーションターゲットに当たり、そこでリチウム 6の誘導核分裂が検出され、画像の作成に使用されます。
中性子は電荷を帯びていないため、物質を透過して他の顕微鏡では得られない構造に関する情報を得ることができます。2013年現在、中性子顕微鏡はピンホール中性子カメラよりも4倍の倍率と10～20倍の照明性能を備えています。[1]このシステムにより、信号速度が少なくとも50倍向上します。[2]
中性子は強い力を介して原子核と相互作用します。この相互作用により、中性子は元の経路から散乱したり、吸収されたりします。したがって、中性子ビームは物質の奥深くに移動すると次第に強度が低下します。このように、中性子は物体の内部を調べるためのX線に似ています。[1]
X線画像の暗さは、X線が通過する物質の量に対応します。中性子画像の密度は、中性子の吸収に関する情報を提供します。吸収率は化学元素によって桁違いに異なります。[1]
中性子は電荷を持たないが、スピンを持っているため磁気モーメントを持ち、外部磁場と相互作用することができる。[1]
アプリケーション
中性子イメージングは、物質内の水素の位置の小さな変化が中性子画像で非常に目に見える変化を生み出すことができるため、いわゆるソフトマテリアルの研究に潜在性を持っています。[1]
中性子は磁性材料の研究にもユニークな能力を発揮します。中性子は電荷を持たないため、磁気測定で漂遊電場や電荷による誤差を補正する必要がありません。偏極中性子ビームは中性子スピンを一方向に向けます。これにより、材料の磁性の強さと特性を測定できます。[1]
中性子ベースの機器は、燃料電池、バッテリー、エンジンなどの金属物体の内部を調べて内部構造を研究する能力を持っています。中性子機器はまた、生物学的材料にとって重要なより軽い元素に対して独特の感度を持っています。[3]
影絵
シャドウグラフは、表面に影を落とすことで生成される画像で、通常はピンホールカメラで撮影され、非破壊検査に広く使用されています。このようなカメラは照明レベルが低いため、長い露出時間が必要です。また、空間解像度も低いです。このようなレンズの解像度は、穴の直径よりも小さくすることはできません。照明と解像度の適切なバランスは、ピンホールの直径がピンホールと画像スクリーン間の距離の約100分の1に小さいときに得られ、実質的にピンホールがf/100レンズになります。f/100ピンホールの解像度は約0.5度です。[1]
ウォルターミラー
ガラスレンズや従来のミラーは、中性子を屈折や反射なしに通過するため、中性子を扱うには役に立ちません。代わりに、中性子顕微鏡では、 X線やガンマ線望遠鏡に使用される斜入射ミラーと原理的に類似したウォルターミラーを採用しています。[1]
中性子が金属の表面を十分小さい角度でかすめると、同じ角度で金属表面から反射されます。これが光で起こる場合、その効果は全反射と呼ばれます。かすめ反射の臨界角は十分に大きいため（熱中性子の場合は数十分の1度）、曲面鏡を使用できます。曲面鏡を使用すると、画像システムを作成できます。[1]
この顕微鏡は、反射に利用できる表面積を増やすために、互いに入れ子になった複数の反射シリンダーを使用しています。[3]
測定
撮像焦点面における中性子束は、その前面に中性子シンチレーションスクリーンを備えたCCD撮像アレイによって測定される。シンチレーションスクリーンは、リチウムを混入した蛍光化合物である硫化亜鉛でできている。熱中性子がリチウム6原子核に吸収されると、核分裂反応が起こり、ヘリウム、トリチウム、エネルギーが生成される。これらの核分裂生成物によってZnS蛍光体が発光し、CCDアレイで捕捉できる光学画像が生成される。[1]
参照
参考文献
- ^ abcdefghij 「中性子顕微鏡で何をすべきか？」Gizmag.com。2013年10月21日。 2013年10月21日閲覧。
- ^ Liu, D.; Khaykovich, B.; Gubarev, MV; Lee Robertson, J.; Crow, L.; Ramsey, BD; Moncton, DE (2013). 「軸対称ミラーを備えた新しい集束型小角中性子散乱装置の実証」. Nature Communications . 4 : 2556. arXiv : 1310.1347 . Bibcode :2013NatCo...4.2556L. doi :10.1038/ncomms3556. PMID 24077533. S2CID 34185138.
- ^ ab 「新しい種類の顕微鏡は中性子を使用する - MIT News Office」 Web.mit.edu. 2013-10-04 . 2013-10-21閲覧。