Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee sterke magnetische velden nauwkeurig kunnen worden gemeten. Ze gebruiken neutronen die zijn verkregen uit de SINQ-spallatiebron. In de toekomst, het zal dus mogelijk zijn om de velden van magneten te meten die al in apparaten zijn geïnstalleerd en dus niet toegankelijk zijn voor andere meettechnieken. De onderzoekers hebben hun resultaten nu gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Neutronen zijn, zoals hun naam doet vermoeden, elektrisch neutraal en vormen de bouwstenen van bijna alle atoomkernen. Neutronen interageren met magnetische velden vanwege hun zogenaamde spin. Onderzoekers van het Paul Scherrer Instituut PSI hebben nu aangetoond dat deze eigenschap kan worden gebruikt om magnetische velden te visualiseren. Ze gebruikten gepolariseerde neutronen, wat betekent dat alle neutronen dezelfde spinoriëntatie hebben.

Als bundels van gepolariseerde neutronen door een magnetisch veld gaan, achter dit veld kan een breking van de neutronenbundel worden gedetecteerd. Van het brekingspatroon, het magnetische veld en met name de verschillen in veldsterktes kunnen worden gereconstrueerd. Voor de eerste keer is deze methode ook bekend als gepolariseerde neutronenroosterinterferometrie (pnGI), gebruikt om magnetische velden te meten.

Een miljoen keer sterker dan het aardmagnetisch veld

pnGI kan worden gebruikt om zeer sterke magnetische velden te meten met een zogenaamde gradiëntsterkte in de orde van 1 Tesla per centimeter. "Dit stelt ons in staat om in ordes van grootte ongeveer een miljoen keer sterker te bewegen dan het magnetisch veld van de aarde, " zegt Christian Grünzweig, een neutronenonderzoeker aan het Paul Scherrer Instituut PSI. Tot nu, neutronen konden alleen worden gebruikt om aanzienlijk zwakkere magnetische velden te meten.

Van dynamo's tot MRI-systemen

Er zijn tal van toepassingen denkbaar voor de nieuwe methode, vooral omdat neutronen de meeste materialen niet-destructief binnendringen. "We kunnen ook magnetische velden meten die moeilijk toegankelijk zijn omdat ze al in een apparaat zijn ingebouwd, " legt Jacopo Valsecchi uit, eerste auteur van de studie en een promovendus werkzaam bij PSI. "Toepassingen variëren van dynamo's in automotoren tot veel componenten van het energievoorzieningssysteem tot magnetische velden van magnetische resonantietomografiesystemen die in de geneeskunde worden gebruikt."

De onderzoekers bewezen dat hun methode werkt door computermodellen te gebruiken om de verwachte resultaten van de meting te simuleren. Vervolgens gingen ze na of met een echte meting vergelijkbare resultaten behaald konden worden. "De resultaten van de simulaties en de daadwerkelijke meetresultaten komen goed overeen, ’ zegt Grünzweig.

Met de nieuwe methode Ook kunnen fluctuaties in het magnetische veld worden gedetecteerd. Bijvoorbeeld, zelfs permanente magneten, zoals die bekend zijn van magnetische stickers voor koelkastdeuren, geen homogeen magnetisch veld hebben. "We kunnen nu mogelijke gradiënten detecteren, zelfs als het magnetische veld erg sterk is, ', zegt natuurkundige Valsecchi.

De onderzoekers hebben hun resultaten nu gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie .