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能使中子射線分辨出物體內(nèi)部更多細節(jié)的新型可移動硅基透鏡  中子干涉儀可以實現(xiàn)較厚物體內(nèi)部的細節(jié)掃描，例如上圖這塊大塊的花崗巖，新的掃描技術(shù)能夠提供足夠的細節(jié)來顯示混合在其中的四種巖石情況，圖片來源：美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究所。 如果沒有透鏡的聚焦功能，你就看不清楚一些細節(jié)，無論那些鏡片是在你的眼睛里還是在顯微鏡下。聚焦中子束的一種創(chuàng)新的方式可能讓科學(xué)家們成功探索不透明物體的內(nèi)部，而且是在之前難以達到的尺寸范圍內(nèi)，這可以讓他們?nèi)ヌ剿魇挛锏膬?nèi)部結(jié)構(gòu)，從隕石到最尖端的材料制造的無損檢測。 這一新型技術(shù)方法近期發(fā)表在《物理評論快報（Physical Review Letters）》上，它可以將過去一直是中子科學(xué)的支持工具轉(zhuǎn)換成一種全面的掃描技術(shù)，可以在較大的物體上顯示從1納米到10微米不等的細節(jié)。該方法提供了這樣的工具，稱為中子干涉，這將是第一個可以稱為活動的“鏡頭”，并且可放大和縮小尺寸范圍，在這這種細節(jié)范圍利用其它類型的中子掃描方法已難以探測。 更準(zhǔn)確地說，這些“鏡頭”的硅晶片作為衍射光柵，利用中子的波動性質(zhì)。光柵分和重定向一個中子束使聲波從物體的邊緣，然后互相碰撞，創(chuàng)造一個可見的云紋干涉圖樣，這是一種具有代表性的圖樣模式，便于專家進行原理解釋。 該方法是由國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院（NIST）、國立衛(wèi)生研究院（NIH）和加拿大滑鐵盧大學(xué)的研究團隊合作開發(fā)的。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院的Michael Huber說明，這種方法可以使中子干涉測量成為材料科學(xué)家工具包中最好的探索工具之一。 “我們可以在不同的尺度上觀察不同層次的大量結(jié)構(gòu)，” Huber說，他是在國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院中子研究中心（NCNR）的物理測量實驗室從事中子實驗研究的物理學(xué)家。“這種新型掃描技術(shù)可以補充其他掃描技術(shù)，因為它的分辨率非常好。它有一種引人注目的聚焦能力，我們不局限于看薄片材料，就像其他方法一樣，我們可以輕易地觀察一塊厚厚的巖石�！� 干涉測量是中子科學(xué)界的一門專業(yè)。在科學(xué)家用中子束探測一個物體的內(nèi)部之前，他們首先必須掌握一些關(guān)于中子如何從物體的原子結(jié)構(gòu)上反彈的基本細節(jié)。其中一個細節(jié)是一個物質(zhì)的折射率，這個數(shù)字表明它將使光束從它的行進方向彎曲到多少。（水以一種相關(guān)的方式彎曲光線，這就是為什么當(dāng)你把手臂浸入游泳池時它會彎曲的樣子。）。 中子干涉測量在基本物理中還有其他用途，如精確測量重力常數(shù)。它非常敏感，能夠探測物體的引力如何偏轉(zhuǎn)中子，就像地球吸引一個飛球一樣（反之亦然）。但是中子法的阿基里斯定律是如何緩慢的工作。為了把中子集中在材料樣品上，干涉儀需要一塊由昂貴的高質(zhì)量硅塊制成的精確尺寸的晶體。（其他中子技術(shù)可以處理質(zhì)量很低的晶體。） 不幸的是，對于干涉測量來說足夠好的晶體也阻擋了撞擊它們的大部分中子，這意味著光束要經(jīng)過很長一段時間才能發(fā)射足夠多的中子，以獲得精確的折射率。其他任務(wù)需要更長的時間。 “中子源已經(jīng)很弱，”滑鐵盧大學(xué)的Dmitry Pushin說�！耙牖卮鹨粋�基本的問題，如引力常數(shù)的值，需要一百年的時間�！�  上圖中所示，移動這三個光柵將中子束聚焦在一個樣品上，使他們能夠感知從1納米到10微米范圍內(nèi)的內(nèi)部細節(jié)。圖片來源：美國國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究所。 新的方法回避了這些問題，通過使用一個三薄硅光柵聚焦中子而不是一個單一的昂貴的水晶。在顯微鏡下，每一個光柵的平面看起來像一個窄而密的梳齒。光柵不僅允許整個中子束通過它們，而不是穿過晶體的中子流，它們具有可移動的關(guān)鍵優(yōu)勢。 Huber說：“你可以對光柵進行毫米級的移動。這種移動距離很小，但不難實現(xiàn)。” |
