Специалисты MIT представили новый нейтронный микроскоп

Новый нейтронный микроскоп в 50 раз лучше, чем все прежние аналоги

Новый нейтронный микроскоп в 50 раз лучше, чем все прежние аналоги
Dazhi Liu (MIT), Mikhail V. Gubarev (NASA) / Oak Ridge National Laboratory

В Массачусетском технологическом институте (MIT) был разработан новый нейтронный микроскоп, который позволит увидеть недоступные прежде процессы и объекты. По словам учёных, устройство способно получать изображения высокой чёткости и может работать с широким диапазоном объектов, включая металлы и живые ткани.

Комментируя работу над новым микроскопом, профессор Дэвид Монктон (David E. Moncton) поясняет, что все предыдущие аналогичные инструменты обеспечивали лишь довольно грубую визуализацию.

"Прежде не существовало устройств фокусировки нейтронов для получения качественной картинки, — говорит Монктон. — По существу все нейтронные микроскопы, построенные за полвека — это камеры-обскуры, пропускающие поток частиц через крошечное отверстие".

По словам учёного, нейтроны плохо взаимодействуют с материей, потому их поток довольно сложно сфокусировать, а идущий от самого источника поток нейтронов сам по себе является недостаточно сфокусированным. Обычно попытка решить эту проблему приводила к недопустимому росту расходимости формируемого луча. Детище инженеров MIT вмещает в себя сложную систему зеркал и позволяет избежать указанных неприятностей.

Работа над новой вариацией нейтронного микроскопа состояла из нескольких этапов. Сначала была создана детальная цифровая 3D-модель устройства. Затем эта модель стала материальной, превратившись в опытную конструкцию, в которой были представлены лишь основные узлы, необходимые для проверки работоспособности. Далее последовали испытания в Национальной лаборатории Оук-Ридж (Oak Ridge National Laboratory ORNL) и Национальном институте стандартов и технологий (NIST).

Новый нейтронный микроскоп в 50 раз лучше, чем все прежние аналоги (фото David E. Moncton/MIT).

По словам доктора Монктона, идея заняться проблемой нейтронного микроскопа впервые была высказана Борисом Хайковичем (Boris Khaykovich), сотрудником MIT. Доктор Хайкович — выпускник СПбГУ, получивший магистерскую и докторскую степени в израильском институте Вейцмана (Weizmann Institute of Science).
В основе работы лежит концепция, предложенная немецким физиком Хансом Вольтером (Hans Wolter). Он использовал её в отношении рентгеновского излучения, которое также довольно плохо взаимодействует с веществом. Зато инструменты, позволяющие сфокусировать рентгеновские лучи, помогают проделать то же самое с нейтронными пучками.

Как известно, даже не отражающие лучи поверхности могут отражать часть излучения, если угол падения будет достаточно мал. Выходит, что зеркала с особым покрытием могут перенаправить даже нейтроны.

Внутри нового устройства располагаются несколько отражающих цилиндров разных размеров. Каждый цилиндр малого диаметра располагается внутри другого побольше, но остаётся небольшой зазор для прохождения лучей. Такая "матрёшка" увеличивает суммарную отражающую поверхность.

Авторы поясняют: их творение — это движение от камеры-обскуры в сторону подлинной нейтронной оптики. Новый микроскоп как минимум в 50 раз лучше, чем его предыдущие аналоги. Благодаря своей чувствительности позволит наблюдать атомы и проникнуть в тайны многих явлений, вроде исследования магнитного момента.
Подробнее с устройством нейтронного микроскопа можно ознакомиться в статье, вышедшей в журнале Nature Communications.

Также по теме:
Физики закрутили свет в спирали
Химики получили изображения межатомных структур до и после молекулярных реакций
Впервые получено реальное изображение ДНК
Физики сделали снимок атома водорода
Физики впервые сфотографировали тень атома
Ученым удалось сфотографировать электрон