|
Нейтрон может помочь разгадать тайны Вселенной
|
|
|
|
Ученые раскрывают силу нейтронов, чтобы улучшить понимание повседневных материалов и решить фундаментальные вопросы физики. Помимо воспоминаний, которые, возможно, вызвал в воображении популярный сериал Netflix «Во все тяжкие», большинство из нас, вероятно, к счастью забыли то, что мы узнали на уроках химии в школе. Итак, вот краткое уточнение: химия изучает строительные блоки нашего физического мира, такие как атомы, и изменения, которые они претерпевают. Атом состоит из ядра протонов и нейтронов, окруженного облаком электронов. А теперь кое-что, чему нас, возможно, не научила школьная химия: скромный нейтрон, присутствующий в ядре каждого атома, кроме водорода, может — если с ним правильно манипулировать — пролить свет на все, от климатического кризиса и энергетики до здоровья и квантовые вычисления. Одним из таких способов является довольно зрелищный процесс, известный как расщепление: высокоэнергетические частицы дестабилизируют ядро атома, что, в свою очередь, высвобождает некоторое количество нейтронов, находящихся там.
|
|
|
|
При использовании этих недавно высвобожденных нейтронов можно использовать их как рентгеновские лучи для картирования внутренней структуры материалов. Ожидается, что Европейский источник расщепления (ESS), который в настоящее время строится в Лунде, Швеция, будет введен в эксплуатацию в 2027 году. Как только он достигнет своих полных спецификаций, его беспрецедентный поток и спектральный диапазон сделают его самым мощным и универсальным источником нейтронов для науки. в мире. По словам Джимми Биндерупа Андерсена, руководителя отдела инноваций и промышленности в ESS, цель объекта состоит в том, чтобы «создать нейтроны, нейтронный пучок, который будет использоваться в научных целях». Как только объект будет запущен и запущен, ученые со всей Европы и остального мира смогут использовать его 15 различных каналов для проведения фундаментальных исследований. По словам Андерсена, нейтронный пучок «не то же самое, что рентгеновское излучение, но он дополняет друг друга и использует некоторые из тех же физических законов».
|
|
|
Как и рентгеновские лучи, нейтроны можно использовать для исследования материалов и биологических систем. Но они взаимодействуют с материалами иначе, чем фотоны в высокоэнергетических рентгеновских лучах, и поэтому предоставляют разные типы информации о своих целях. Например, нейтронные лучи могут что-то сказать о внутренней динамике литий-ионных батарей, раскрыть неизвестные детали древних артефактов или прояснить механизмы устойчивости бактерий к антибиотикам. Их также можно использовать для изучения фундаментальной физики. Это почти похоже на случай «чего они не могут сделать?» В рамках проекта BrightnESS-2, частично координируемого Andersen, технологии, разработанные для ESS, были переданы промышленным предприятиям Европы на благо общества в целом. Например, некоторые из энергосистем, разработанных для линий ESS, могут быть полезны для технологий возобновляемой энергии, таких как ветряные турбины.
|
|
|
|
Недавно с ESS связался европейский производитель полупроводников, заинтересованный в полях излучения, которые может генерировать источник нейтронов. Мир, в котором мы живем, постоянно подвергается бомбардировке нейтронами, образующимися при столкновении высокоэнергетических частиц из космоса, таких как космические лучи Солнца, с атмосферой Земли. Со временем это воздействие может привести к повреждению электрических компонентов. ESS может имитировать эту нейтронную бомбардировку, но в гораздо более быстром временном масштабе, что позволяет использовать ее для проверки долговечности критических электрических компонентов, таких как те, которые используются в самолетах, ветряных турбинах и космических кораблях. Теперь ESS объединяется с другими исследовательскими институтами и компаниями, чтобы найти возможное будущее использование такого объекта, как ESS, для удовлетворения таких конкретных отраслевых потребностей.
|
|
|
|
Хотя ESS все еще строится, ученые уже работают над ее модернизацией. Когда ESS впервые откроется, у нее будет один модератор, но проект HighNESS разрабатывает вторую систему модераторов. Замедлители замедлят нейтроны, генерируемые в процессе расщепления, до уровня энергии, который могут использовать научные инструменты. «Энергия нейтронов действительно имеет значение в нейтронной установке, потому что в зависимости от энергии нейтронов вы можете заниматься разными видами физики», — сказала Валентина Санторо, координатор проекта HighNESS. В то время как первый замедлитель будет обеспечивать высокую яркость, то есть очень сфокусированный пучок нейтронов, источник, разрабатываемый в рамках проекта HighNESS, будет обеспечивать высокую интенсивность, другими словами, большое количество нейтронов. Два модератора позволят ученым исследовать различные аспекты динамики и структуры материалов, таких как полимеры, биомолекулы, жидкие металлы и батареи.
|
|
|
|
Второй модератор также позволит исследователям фундаментальной физики попытаться увидеть, как нейтрон впервые становится антинейтроном. «Это очень интересно, потому что вы наблюдаете явление, когда материя становится антиматерией», — сказал Санторо, специалист по физике элементарных частиц из ESS. «Если вы наблюдаете что-то подобное, вы можете понять одну из самых больших неразгаданных тайн: почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии». Этот эксперимент можно провести только на ESS, сказал Санторо, потому что для этого требуется огромное количество нейтронов, а ESS будет иметь самое большое количество нейтронов в мире. «Вам просто нужен один нейтрон, который становится антинейтроном, и все, вы нашли этот процесс, когда материя превращается в антиматерию», — сказал Санторо.
|
|
|
|
Источник
|
