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Migliore analisi e rivelazione di neutroni alle alte energie

Le tecniche di diffusione (scattering) dei neutroni sono ampiamente utilizzate nella ricerca sulla materia condensata, per esempio nel campo della fisica dei solidi, della chimica, della scienza dei materiali, della biologia e dei polimeri. Nell'ambito di un progetto finanziato dalla CE è stato apportato un notevole miglioramento alla risoluzione dei neutroni ad alta energia, grazie al quale sarà possibile contribuire ulteriormente alla loro analisi e rivelazione.

Energia

I neutroni sono particelle atomiche elementari prive di carica elettrica con una massa circa uguale a quella di un protone. Alle alte energie, queste particelle interagiscono con i nuclei atomici e le loro caratteristiche di scattering (diffusione) costituiscono un elemento prezioso per gli studi di ricerca sulla materia condensata. In particolare, le sorgenti di neutroni pulsati presentano caratteristiche spettrali distintive, come l'ampiezza dei picchi di energia, rendendo possibili studi spettroscopici più accurati nella materia condensata. Il metodo più efficace per l'analisi dell'energia si basa sull'assorbimento di risonanza nucleare. Gli strati di uranio hanno una risonanza nucleare ad elevato assorbimento di neutroni in una gamma di energia ristretta e la tecnica di scattering consiste nel far entrare e uscire continuamente lo strato dal fascio di neutroni diffusi. A questo punto, vengono effettuate due misurazioni: una nel momento in cui lo strato di uranio si trova fra il campione e il rivelatore ed una nel momento in cui lo strato non è presente. La differenza fra queste due misure indica l'intensità dei neutroni diffusi dal campione con un'energia finale. Concentrandosi sul miglioramento della risoluzione energetica dei neutroni nella gamma di elettronvolt (eV), i partecipanti al progetto hanno apportato due importanti miglioramenti al metodo convenzionale. Il primo consiste nel raffreddamento dello strato di uranio analizzatore poiché la risonanza dell'uranio a temperatura ambiente risulta altamente modificata a causa delle variazioni termiche che comportano risultati imprecisi. Il secondo riguarda l'utilizzo della tecnica della differenza doppia, che consiste nel rilevare tre misurazioni: senza strato e con due strati di uranio di diverso spessore e trasmissione. In questo modo, è possibile effettuare un'analisi dei dati più precisa, con un fattore di risoluzione pari quasi al doppio rispetto al sistema tradizionale.

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