modern analitika neutronokkal

Modern analitika neutronokkal

Makai Mihályegyetemi tanár, BME NTI, MTA

Energiatudományi Kutatóközpont

5/3/2013 1Makai: Modern analitika neutronokkal

Vázlat

• Neutronkutatás hazánkban• Neutronok és az anyag• A neutronok néhány méréstechnikai alkal-

mazása (az aktivációs analízistől a radiográ-fiáig)

• A Budapesti Kutatóreaktor Műszerközpont• A prompt gamma aktivációs analitika


1, Neutronkutatás hazánkban


A 10 MW -s Budapesti Kutatóreaktor


Reaktor zóna

Cold plug

Tang. channel

Radial channels

T ~ 20 K

λ maximum flux = 4Å

T ~ 320 K

λ max flux = 1.2Å


2, Anyag és neutron


A neutron

A röntgensugár és a neutronok alkalmasak az anyag struktúrájának kutatására:

• De Broglie hullámhosszuk az atomok közötti távolság nagyságrendjébe esik

• a termikus neutronok energiája összemérhető a minta atomjainak mozgási energiájával.

A neutron speciális tulajdonságai az anyagkutatás szempontjából:

- Nagy behatolási mélység a mintába, - Megfelelő hullámhossz/energia - Érzékeny az izotópokra, van spinje, van mágneses szórás

Nagyobb hullámhossz-jobban illeszkedik a nano objektumokhoz Kisebb energia - jobb felbontás a finom kölcsönhatásokhoz


Az elsztikus szórás geometriája

I (θ)

θ

I0

λSzórt nyaláb

sample

Beeső nyaláb

4sin

2i fq q q

��

A szórásban átadott impulzust mérjük

iq��

q

qi

qf

q - hullámszám változás

fq��


Differenciális hatáskeresztmetszet:

( )number of particles scattered in per unit time

flux of the inci

dq

d dent b

d

eam

Teljes hatáskeresztmetszet:

( )total all directions

number of particles scattered in

flux of th

dq

e incident

d

d bd

eam

A rugalmas szórás alapösszefüggései


A hatáskeresztmetszet a szórt hullámok

interferenciájának eredménye:

,

( ) ( ) exp ( ( )n m n mn m

dI q q b b i q r r

d

��

2,

1 1( ) ( ) exp ( ( )

N

n mn m

dS q q i q r r

d NNb

��

Struktúra faktor:

b -- szórási hossz


Milyen a struktúra?

0

4( ) 1 ( ( ) 1) sin( )S q r g r qr dr

q

Kristályok: az atomok koordinátáit meg lehet adni

Folyadék és gáz:

Egy atom előfordulásának valószínűsége egy adott helyen adható meg

2( ) 4 ( )dN r r dg rr

g(r) páreloszlás függvény


Kisszögű szórás

Olyan struktúrákban, ahol a szerkezet karakterisztikus mérete sokkal nagyobb, mint az atomok közti távolság, az atomok sűrűségeloszlását mérjük

A szórási hossz sűrűsége:1

( )scattering length ii

r bV

. .( ) [ ( ) ]sc lS q Fourier Transform r

2Size

q

Ökölszabály:


A reaktor stacionárius állapotában

A neutronok Maxwell-Boltzmann spektruma 300K és 30 K moderátorhőmérsékletnél5/3/2013 14Makai: Modern analitika neutronokkal

3, Alkalmazások


Méretskála: neutronokkal a 10-7 m és 10-9 m közötti tartomány vizsgálhatóEbbe a méretskálába esnek pl. a kolloidok (vér, tej, sör, bor)


Modern szerkezetvizsgálatok • Tripsin nevű enzim szerkezete• Riboszómák szerkezete• Sejteket határoló lipidek

szerkezete• Izommozgás megértése• Fehérjék működése


Katalizátorok Pd rács (barna), kerámiahordozón (szürke), a kipufogógázból megköt CO-t, NO-t, CH-t (zöld)


Neutronholográfia

12 Pb atom Cd rácsban


A Ferrari F1 versenyautó dugattyúja

Anyaga: AlSi2CuNiMgSANS mérésAz izotróp szögeloszlás hőkezelési hibára utal

Mérés 5 kritikus pontban


Neutronholográfia

LiF kristályban a F atomok elhelyezkedése térben (a Li nem szór)

MTEST reflektométer


Régészeti leletek vizsgálata(Holt-tengeri tekercsek, Seuzo-kincsek, amfórák,Régészeti leletek

Neutronokkal lehet röntgenhez hasonló képetkészíteni (szuperkritikus víz)


24

Natural Uranium oxide

Fe screw

Aluminum cylinder

Copper balls ... within a Pb

container

Neutron radiography Prompt gamma spectra

Looking inside objects with PGAI-NT

KöszönetA BNC csapatnak: Balaskó Mártonnak ,Baranyai Rózsának, Belgya Tamásnak, Bottyán Lászlónak és Rosta Lászlónak a képekért.


modern analitika neutronokkal

Documents