Golografiya: doshlo delo i do neitronov14.11.2002 22:58 | E. E. Onishenko/scientific.ru
Uchenye poluchili v svoe rasporyazhenie novyi moshnyi instrument issledovaniya veshestva - neitronnuyu golografiyu.
Est' odno gruboe vyrazhenie, kotoroe - v ves'ma adaptirovannom vide - mozhno prochest' kak "ispol'zovat' vse, chto dvizhetsya". Imenno etim na protyazhenii poslednih desyatiletii zanimayutsya uchenye, issleduyushie stroenie i svoistva ob'emnyh kristallov, poverhnosti, nanostruktur i nanochastic: elektromagnitnoe izluchenie v diapazone ot infrakrasnogo do gamma-izlucheniya, elektrony, neitrony, atomy - vse idet v hod. Prichem spisok "professii", kotorymi "ovladevayut" kvanty i chasticy, nepreryvno rasshiryaetsya.
Na sei raz "otlichilis'" neitrony. Uzhe neskol'ko desyatiletii yavlyayas' moshnym instrumentom issledovaniya veshestva (sm., naprimer, novosti Scientific.ru ot 17.05.02 i 21.06.02 ), oni i do segodnyashnego dnya imeli nemalye zaslugi pered naukoi, a teper' uchenye smogli "nauchit'" neitrony novoi professii: byla razvita novaya metodika issledovaniya veshestva - neitronnaya golografiya. Prezhde chem govorit' o neitronnoi golografii, stoit skazat' "paru slov" o golografii obychnoi.
Koncepciya golografii - tehniki polucheniya i voproizvedeniya trehmernyh izobrazhenii ob'ektov - byla razrabotana bolee pyatidesyati let nazad. Tradicionnaya golografiya, ispol'zuyushaya elektromagnitnoe izluchenie vidimogo diapazona, rabotaet sleduyushim obrazom. Ob'ekt, izobrazhenie kotorogo trebuetsya poluchit', osveshaetsya vneshnim istochnikom, otrazhennyi ot ob'ekta svet (ob'ektnaya volna) smeshivaetsya so svetom ot istochnika (opornaya volna). Pri slozhenii etih dvuh voln voznikaet prostranstvennaya interferencionnaya kartina, kotoraya mozhet byt' zapisana v prozrachnoi svetochuvstvitel'noi srede. Dlya rekonstrukcii (vosstanovleniya) izobrazheniya sreda osveshaetsya tem zhe istochnikom, kotoryi ispol'zovalsya dlya zapisi izobrazheniya: v rezul'tate vzaimodeistviya so sredoi proishodit transformaciya padayushei volny v ob'ektnuyu volnu i, takim obrazom, nablyudatel' vidit vosstanovlennoe izobrazhenie ob'ekta.
Poskol'ku golograficheskii metod polucheniya izobrazhenii osnovyvaetsya na samyh obshih princinah, nichto ne ogranichivaet oblast' ego primenimosti vidimym svetom. V proshedshie desyatiletiya byli razrabotany i uspeshno primeneny razlichnye varianty golograficheskih metodik - elektronnaya golografiya, rentgenovskaya golografiya, golografiya v gamma-diapazone... Blagodarya maloi dline volny izlucheniya (libo maloi debroilevskoi dline volny elektronov) podobnye metodiki pozvolyayut poluchat' izobrazheniya ob'ektov s nanometrovym i dazhe atomnym razresheniem. Konechno, prodvizhenie v korotkovolnovuyu oblast' sdelalo nevozmozhnym ispol'zovanie tradicionnyh sposobov zapisi formiruyusheisya interefencionnoi kartiny - interferencionnaya kartina registriruetsya s pomosh'yu razlichnyh tipov datchikov, a vosstanovlenie izobrazheniya proishodit putem komp'yuternoi obrabotki poluchennyh dannyh.
Vazhnym shagom v razvitii golografii, sdelavshim vozmozhnym poluchenie izobrazhenii atomnoi struktury veshestva, yavilas' razrabotka metoda golografii s vnutrennim istochnikom izlucheniya. Bylo pokazano, chto interferencionnaya kartina, formiruemaya izlucheniem ot istochnika, nahodyashegosya vnutri obrazca, mozhet byt' interpretirovana kak golograficheskoe izobrazhenie lokal'noi atomnoi struktury (podrobnosti sm. v nashei novosti). Esli mozhno "vstroit'" v issleduemyi obrazec istochnik, to pochemu by ne "vstroit'" v obrazec i detektor? Byl razrabotan i takoi metod polucheniya golograficheskih izobrazhenii - golografiya s vnutrennim detektorom.
Doidya do etoi chasti povestvovaniya, samoe vremya vernut'sya k nashim neitronam. Nedavno gruppe uchenyh iz Vengrii, Avstrii, Rossii i Francii udalos' poluchit' golograficheskoe izobrazhenie kristalla s atomnym razresheniem s pomosh'yu teplovyh neitronov, prichem issledovateli ispol'zovali metod golografii s vnutrennim detektorom [1]. Vtoroi raz povtoriv slova "vnutrennii detektor", na sekundu ostanovimsya i zadumaemsya - vrode by tut chto-to ne tak. Mozhno sebe predstavit', chto yadro atoma kristallicheskoi reshetki rasseivaet neitrony ili gamma-kvanty i, takim obrazom, yavlyaetsya vnutrennim istochnikom izlucheniya (opornoi volny). Nichto pri etom ne meshaet registrirovat' voznikayushuyu interferencionnuyu kartinu vne obrazca. Pogloshat' neitrony i nazyvat'sya detektorom yadro tozhe, konechno, mozhet, no vot kak zastavit' ego podelit'sya informaciei?
 Ris.1. Neitronno-golograficheskoe izobrazhenie lokal'noi atomnoi struktury kristalla Pb0.9974Cd0.0026, imeyushego granecentrirovannuyu kubicheskuyu reshetku. |
Predstavim sebe kristall, soderzhashii nebol'shuyu dolyu atomov, yadra kotoryh ("yadra-detektory") imeyut gorazdo bol'shee sechenie poglosheniya neitronov, chem yadra okruzhayushih atomov. Vsledstvie malosti kolichestva takih atomov kazhdyi iz nih s bol'shoi veroyatnost'yu budet okruzhen "normal'nymi" atomami. Pust' etot kristall obluchaetsya kollimirovannym monoenergetichnym puchkom neitronov (kogerentnoi neitronnoi volnoi). Intensivnost' neitronnoi volny v oblasti yadra-detektora budet yavlyat'sya rezul'tatom interferencii nerasseyannoi (opornoi volny) i (ob'ektnoi volny) rasseyannoi - v pervuyu ochered' na blizhaishih yadrah - neitronnyh voln. Izmenyaya orientaciyu issleduemogo kristalla otnositel'no neitronnogo puchka, my budem menyat' interferencionnuyu kartinu vblizi yadra-detektora i, sledovatel'no, veroyatnost' poglosheniya neitrona yadrami-detektorami (ona pryamo proporcional'na intensivnosti neitronnoi volny). Perehod voznikshego pri pogloshenii neitrona novogo yadra iz vozbuzhdennogo v osnovnoe sostoyanie soprovozhdaetsya izlucheniem gamma-kvanta, kotoryi mozhet byt' zaregistrirovan obychnym detektorom, raspolozhennym vne obrazca. Sootvetstvenno, registriruya izmenenie intensivnosti gamma-izlucheniya pri izmenenii orientacii kristalla otnositel'no napravleniya padeniya neitronnogo puchka, my, v konechnom itoge, budem poluchat' informaciyu o vzaimnom raspolozhenii atomov v issleduemom kristalle.
Podobnye eksperimenty byli provedeny internacional'noi nauchnoi gruppoi v Grenoble. S ispol'zovaniem kogerentnogo puchka teplovyh neitronov s dlinoi volny okolo odnogo angstrema byli polucheno golograficheskoe izobrazhenie atomnoi struktury kristalla Pb0.9974Cd0.0026 (sechenie poglosheniya neitronov dlya atomov kadmiya na chetyre poryadka prevyshaet sechenie poglosheniya dlya atomov svinca) - ris.1.
Vysokaya pronikayushaya sposobnost' neitronov i vozmozhnost' ispol'zovat' metodiki s vnutrennim istochnikom i vnutrennim detektorom delaet neitronnuyu golografiyu cennym instrumentom issledovaniya veshestva, pozvolyayushim, ispol'zuya osobennosti neitronnogo rasseyaniya, sushestvenno dopolnit' vozmozhnosti inyh golograficheskih metodik. V chastnosti, neitronnaya golografiya pozvolit rabotat' s organicheskimi i neorganicheskimi vodorodosoderzhashimi veshestvami (vodorod dostatochno sil'no rasseivaet neitrony i mozhet sluzhit' v kachestve "vnutrennego istochnika" neitronnoi volny) i pozvolit issledovat' lokal'nuyu magnitnuyu strukturu magnitnyh materialov.
1. L.Cser, Gy.Torok, G.Krexner et al. Phys.Rev.Lett., v.89, 175504 (2002).
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
golografiya - neitron
Publikacii so slovami: golografiya - neitron | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
