In een mogelijke stap voorwaarts voor beeldtechnologie, wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en Sandia National Laboratories hebben een manier ontwikkeld om neutronen te gebruiken om elektrische velden te detecteren in ruimtes die onbereikbaar zijn voor conventionele sondes.

Hun niet-destructieve maar indringende methode, beschreven in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , zou kunnen leiden tot sensorapparatuur die door muren kan kijken om de elektrische velden in elektronische componenten te detecteren - een duidelijk bruikbare mogelijkheid voor veiligheidsonderzoek en andere diagnostische toepassingen.

"Dit is de eerste keer dat iemand in staat is een elektrisch veld in beeld te brengen dat fysiek is geïsoleerd, " zei Dan Hussey, een NIST-fysicus. "Er kan iets zijn dat je niet wilt demonteren, maar wel wilt inspecteren. Deze benadering biedt misschien een manier om de elektrische velden te zien, ook al staan ​​er barrières in de weg."

De techniek vereist een intense bundel gepolariseerde neutronen, de deeltjes die samen met protonen de kernen vormen van alle andere elementen dan eenvoudige waterstof. Neutronen hebben het vermogen om dichte materialen binnen te dringen, zoals metalen, die de doorgang van andere deeltjes of soorten straling blokkeren.

In tegenstelling tot geladen deeltjes, zoals positief geladen protonen, neutronen hebben geen netto elektrische lading. Echter, ze hebben een magnetische eigenschap genaamd spin, die kan worden gemanipuleerd door een magnetisch veld. De draairichting van het neutron wordt beïnvloed door magnetisme - iets wat het onderzoeksteam in hun voordeel gebruikte.

"Het neutron is elektrisch neutraal, en toch gebruiken we het om het elektrische veld te voelen, ' zei Husse.

Het idee is ontstaan ​​door Sandia-natuurkundige Yuan-Yu Jau, die onlangs een Laboratory Directed Research and Development (LDRD)-project begon om elektrische velden te detecteren in ruimtes die onbereikbaar zijn voor conventionele sondes. Om het te realiseren, Jau had een goede bron van neutronen en capabele detectoren nodig - behoeften die hem naar het NIST Center for Neutron Research (NCNR) leidden.

Wanneer een neutron door het elektrische veld gaat, het is equivalent aan het elektrische veld dat naar een stationair neutron beweegt; alleen het perspectief, of referentiekader, is anders. En wanneer de bron van een elektrisch veld beweegt, het genereert een magnetisch veld.

Zelfs voor het sterke elektrische veld dat in dit demonstratie-experiment wordt gebruikt, het effectieve magnetische veld was zwak (ongeveer 50 keer kleiner dan het magnetische veld van de aarde). Hoe dan ook, dit zwakke magnetische veld kantelde de richting van de magnetische spin van het neutron enigszins. In de experimenten, de hellingshoek was minder dan een graad, maar met behulp van een gevoelige polarimetriemethode ontwikkeld door het team, een kleine rotatie werd gemeten met een nauwkeurigheid van ongeveer een honderdste van een graad.

Om deze nauwkeurige meting te maken, Hussey en zijn NIST-collega's bouwden voort op de gevestigde capaciteiten van de NCNR op het gebied van polarimetrie om een ​​methode te ontwikkelen die ongeveer 100 keer gevoeliger is dan conventionele polarimetrie. Hun methode hangt af van het gedrag van de spins van de neutronen als ze in een soort elektromagneet gaan, een solenoïde genaamd, gebruikt in combinatie met een gepolariseerd neutronenspinfilter. Dit apparaat is ontwikkeld voor andere doeleinden, maar het bleek ideaal voor dit onderzoek.

De omstandigheden van het experiment lijken de praktische waarde van de techniek voor gebruik in het veld misschien te ondermijnen, omdat het team een ​​onhandig grote reactor nodig had om de neutronenbundel te genereren. Echter, kleiner, commercieel verkrijgbare neutronengeneratoren bestaan, wat suggereert dat de methode ooit zou kunnen worden gebruikt door draagbare apparatuur als het een sterk genoeg straal van neutronen zou kunnen genereren.

Hussey benadrukte dat de resultaten alleen aantonen dat het concept geldig is. "We sprongen niet vooruit om te proberen in metalen voorwerpen te kijken, maar dat komt in de nabije toekomst, " hij zei.

Echter, de detectietechniek zou meer toepassingen kunnen vinden als onderzoekers er experimenten omheen ontwerpen.

"Misschien wilt u hoogspanningselektronica diagnosticeren terwijl ze in bedrijf zijn, of mogelijk materialen bestuderen die elektrische eigenschappen hebben in monsteromgevingen, Hussey zei. Nu de mogelijkheid bestaat, misschien zullen er andere ideeën ontstaan."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.