中性子科学を強化する: レーザー

2023 年 2 月 1 日

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大阪大学による

大阪大学レーザー工学研究所の科学者らは、レーザー駆動源からの中性子発生のメカニズムと関数形式を決定し、それを使用して従来の方法よりもはるかに高速に中性子共鳴分析を実行しました。 この取り組みは、非侵襲的検査を製造業や医療分野でより多くの用途に導入するのに役立つ可能性があります。

ほとんどの顕微鏡は小さなサンプルを研究するために光子、さらには電子を使用しますが、科学者はまた、中性子散乱などの幅広い試験で中性子を使用して、製造されたサンプルと生物学的サンプルの両方を研究してきました。 中性粒子である中性子は、電荷の影響を受けないため、検討対象の物体の磁気特性や原子特性を非破壊で調査するのに最適です。 レーザー駆動の中性子源を使用するなど、大量の中性子を生成するための新しい方法が存在しますが、根本的なメカニズムは依然として不明です。

今回、大阪大学が率いる研究チームはレーザー駆動中性子源を開発し、レーザー強度と生成される中性子の数の間の新しいスケーリング則を決定した。 彼らは、強度を増加させると中性子が 4 乗に比例して生成され、比較的少量の追加電力投資に基づいて非常に大きな変化をもたらす可能性があることを発見しました。

この法則を利用して、中性子共鳴吸収と呼ばれる分析を実行し、実験サンプル中の元素を特定しました。 「中性子源は、放射線撮影、分光法、セキュリティから医療に至るまで、さまざまな用途に使用できます」と筆頭著者の余湖明史氏は言う。

実験では、研究者らは重水素化ポリスチレンの箔に非常に強力なレーザー光線を照射した。 出てきたイオンはベリリウムの塊と衝突し、大量の中性子束が発生しました。 中性子がサンプルを通過するのに適切な速度で移動するように、小型の減速装置を使用して中性子を減速させました。

中性子の吸収率に基づいて、サンプル内の原子を決定できます。 「測定時間を数時間からほんの数秒に短縮することに成功し、速い現象を含む単発実験が可能になりました」と主著者の児玉良介氏は述べています。

数秒または数分にわたって発生するプロセスをリアルタイムで監視できるようになりました。これは、中性子強度が低い古い方法では不可能でした。 この研究の結果は、工業的な品質管理や生物学的サンプルの識別の速度の大幅な向上につながる可能性があります。

詳しくは： A. Yogo et al、シングルショット共鳴分光法を実現するレーザー駆動中性子生成、Physical Review X (2023)。 DOI: 10.1103/PhysRevX.13.011011

雑誌情報:物理的レビュー X

大阪大学提供