موج نوترونی (Neutron Wave)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
موج نوترونی (Neutron Wave) :
موج نوترونی (Neutron Wave) به امواج ماده مرتبط با نوترون ها گفته می شود. نوترون ها ذراتی هستند که در هسته اتم یافت می شوند و جرم آنها حدود 2000 برابر جرم الکترون است (
\[ 1.675 \times 10^{-27} \]kg). بر اساس رابطه دوبروی، طول موج نوترون ها با اندازه حرکت آنها نسبت عکس دارد. نوترون های حرارتی (Thermal neutrons) که با محیط در دمای اتاق (حدود 300 کلوین) در تعادل هستند، دارای انرژی حدود 0.025 eV و طول موج حدود 0.18 نانومتر هستند که با فواصل بین اتمی در جامدات و مایعات قابل مقایسه است. بنابراین، این نوترون ها برای مطالعه ساختار ماده با استفاده از پراش (Diffraction) ایده آل هستند.
تولید نوترون برای تحقیقات: نوترون های مورد استفاده در تحقیقات معمولا از رآکتورهای هسته ای (مانند رآکتور تحقیقاتی) یا منابع اسپالاسیون (Spallation sources) تأمین می شوند. در رآکتورها، نوترون ها از شکافت هسته ای تولید شده و با عبور از مواد کندکننده (مانند گرافیت یا آب سنگین) به انرژی های حرارتی می رسند. در منابع اسپالاسیون، پروتون های پرانرژی به یک هدف فلزی (مانند جیوه یا تنگستن) برخورد کرده و نوترون های زیادی تولید می کنند. این منابع نوترون های پالسی با شدت بسیار بالا تولید می کنند که برای آزمایش های پیشرفته مناسب هستند.
ویژگی های منحصربه فرد نوترون: 1. خنثی بودن بار الکتریکی: نوترون ها بار الکتریکی ندارند، بنابراین با الکترون های اطراف اتم ها برهم کنش ندارند و به عمق ماده نفوذ می کنند. این ویژگی آنها را برای مطالعه ساختار داخلی مواد (برخلاف اشعه ایکس که با الکترون ها برهم کنش دارد) مناسب می سازد. 2. داشتن گشتاور مغناطیسی: نوترون ها با وجود خنثی بودن، دارای گشتاور مغناطیسی هستند. بنابراین، با اتم هایی که دارای نظم مغناطیسی (فرومغناطیس، آنتی فرومغناطیس) هستند، برهم کنش دارند. این ویژگی منحصربه فرد، پراش نوترونی را به یک ابزار قدرتمند برای مطالعه ساختار مغناطیسی مواد تبدیل کرده است. 3. حساسیت به اتم های سبک: نوترون ها به خوبی توسط اتم های سبک (مانند هیدروژن، کربن، اکسیژن) پراکنده می شوند، در حالی که اشعه ایکس با این اتم ها برهم کنش ضعیفی دارد. این ویژگی، پراش نوترونی را برای مطالعه مواد آلی، پلیمرها، و بیولوژیکی (به ویژه با جایگزینی هیدروژن با دوتریوم) ارزشمند می کند.
کاربردها: 1. پراش نوترونی (Neutron Diffraction): برای تعیین ساختار بلوری مواد (موقعیت اتم ها)، مطالعه نظم مغناطیسی، و بررسی تنش های پسماند در مواد مهندسی. 2. طیف سنجی نوترونی (Neutron Spectroscopy): برای مطالعه دینامیک اتم ها و مولکول ها در ماده (ارتعاشات شبکه یا فونون ها، تحرک مولکولی) با اندازه گیری تغییر انرژی نوترون ها در برهم کنش با ماده. 3. تصویربرداری نوترونی (Neutron Radiography/Tomography): برای تصویربرداری از داخل اشیاء ضخیم (مانند قطعات صنعتی، اشیاء تاریخی) با استفاده از تفاوت در جذب نوترون توسط مواد مختلف. نوترون ها به خوبی توسط مواد حاوی هیدروژن (آب، پلاستیک) جذب می شوند و به راحتی از فلزاتی مانند آلومینیوم و سرب عبور می کنند.
