modern analitika neutronokkal
DESCRIPTION
Modern analitika neutronokkal. Makai Mihály egyetemi tanár, BME NTI, MTA Energiatudományi Kutatóközpont. Vázlat. Neutronkutatás hazán k ban Neutronok és az anyag A neutronok néhány méréstechnikai alkal-mazása (az aktivációs analízistől a radiográ-fiáig) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
5/3/2013 2Makai: Modern analitika neutronokkal
1, Neutronkutatás hazánkban
5/3/2013 3Makai: Modern analitika neutronokkal
A 10 MW -s Budapesti Kutatóreaktor
5/3/2013 4Makai: Modern analitika neutronokkal
Reaktor zóna
Cold plug
Tang. channel
Radial channels
T ~ 20 K
λ maximum flux = 4Å
T ~ 320 K
λ max flux = 1.2Å
5/3/2013 5Makai: Modern analitika neutronokkal
5/3/2013 6Makai: Modern analitika neutronokkal
2, Anyag és neutron
5/3/2013 7Makai: Modern analitika neutronokkal
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
5/3/2013 8Makai: Modern analitika neutronokkal
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��������������
5/3/2013 9Makai: Modern analitika neutronokkal
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
5/3/2013 10Makai: Modern analitika neutronokkal
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
5/3/2013 11Makai: Modern analitika neutronokkal
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
5/3/2013 12Makai: Modern analitika neutronokkal
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:
5/3/2013 13Makai: Modern analitika neutronokkal
A reaktor stacionárius állapotában
A neutronok Maxwell-Boltzmann spektruma 300K és 30 K moderátorhőmérsékletnél5/3/2013 14Makai: Modern analitika neutronokkal
3, Alkalmazások
5/3/2013 15Makai: Modern analitika neutronokkal
Méretskála: neutronokkal a 10-7 m és 10-9 m közötti tartomány vizsgálhatóEbbe a méretskálába esnek pl. a kolloidok (vér, tej, sör, bor)
5/3/2013 16Makai: Modern analitika neutronokkal
5/3/2013 17Makai: Modern analitika neutronokkal
Modern szerkezetvizsgálatok • Tripsin nevű enzim szerkezete• Riboszómák szerkezete• Sejteket határoló lipidek
szerkezete• Izommozgás megértése• Fehérjék működése
5/3/2013 18Makai: Modern analitika neutronokkal
Katalizátorok Pd rács (barna), kerámiahordozón (szürke), a kipufogógázból megköt CO-t, NO-t, CH-t (zöld)
5/3/2013 19Makai: Modern analitika neutronokkal
Neutronholográfia
12 Pb atom Cd rácsban
5/3/2013 20Makai: Modern analitika neutronokkal
A Ferrari F1 versenyautó dugattyúja
Anyaga: AlSi2CuNiMgSANS mérésAz izotróp szögeloszlás hőkezelési hibára utal
Mérés 5 kritikus pontban
5/3/2013 21Makai: Modern analitika neutronokkal
Neutronholográfia
LiF kristályban a F atomok elhelyezkedése térben (a Li nem szór)
MTEST reflektométer
5/3/2013 22Makai: Modern analitika neutronokkal
Régészeti leletek vizsgálata(Holt-tengeri tekercsek, Seuzo-kincsek, amfórák,Régészeti leletek
Neutronokkal lehet röntgenhez hasonló képetkészíteni (szuperkritikus víz)
5/3/2013 23Makai: Modern analitika neutronokkal
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.
5/3/2013 25Makai: Modern analitika neutronokkal