Wiązki neutronów z kanałów poziomych

(materiał historyczny; obecnie trwa modernizacja hali eksperymentalnej, w której zostanie zamontowana nowa aparatura badawcza)

Z reaktora MARIA są wyprowadzone wiązki neutronów, wykorzystywane w większości do badań materii skondensowanej. Pięć spośród 6-ciu aktualnie dostępnych kanałów poziomych wyposażonych jest w urządzenia, wykorzystujące efekty rozpraszania fal neutronów (dyfraktometry, spektrometry trójosiowe). Fizyczne podstawy rozpraszania neutronów na strukturach krystalicznych ilustruje schemat na rysunku 1.

Schemat rozpraszania fali neutronu na kryształach

Rysunek 1. Schemat rozpraszania fali neutronu na kryształach

Dyfraktometr ultraniskokątowego rozpraszania umożliwia między innymi badania rozmiarów domen magnetycznych w materiałach amorficznych, nanokrystalicznych i polikrystalicznych, a także wpływ czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, naprężenia mechaniczne i pole magnetyczne na rozmiary tych domen. Dyfraktometr niskokątowego rozpraszania neutronów jest przeznaczony do badania drobnych (1 nm 30 nm) niejednorodności występujących w materiałach, natomiast dyfraktometr o dużej zdolności rozdzielczej służy między innymi do badań jakości monokryształów metali. Dyfraktometr przeznaczony do badań uporządkowań atomowych i magnetycznych może być wykorzystany jako dyfraktometr spolaryzowanych neutronów.

Trójosiowe spektrometry neutronów termicznych służą głównie do badania kolektywnych ruchów atomów (fononów) i momentów magnetycznych (magnonów) metodą nieelastycznego (spójnego) rozpraszania neutronów. Stosowane są również do badania elektronowych poziomów energetycznych w jonach tworzących ciało stałe metodą nieelastycznego (niespójnego) rozpraszania neutronów.

Przy jednym z kanałów poziomych (H8) zainstalowane jest stanowisko radiografii neutronowej i gamma. Radiografia jest metodą otrzymywania obrazów wnętrz obiektów nieprzezroczystych dla światła widzialnego. Przedmiot, który całkowicie pochłania promieniowanie świetlne, może być prawie przezroczysty dla innych rodzajów promieniowania, takiego jak promieniowanie rentgenowskie, gamma czy neutronowe. Gdy rejestracja obrazu pozwala na obserwację ruchu badanego obiektu mówi się o radiografii dynamicznej. W znajdującym się przy reaktorze MARIA stanowisku dynamicznej radiografii neutronowej i gamma wykorzystywane jest wytwarzane w reaktorze promieniowanie neutronowe i gamma. Szczególnie dużo informacji otrzymuje się dzięki zastosowaniu neutronów. Obecnie zastosowania radiografii neutronowej koncentrują się na badaniu obiektów statycznych (wewnętrzna struktura urządzeń technicznych, wykrywanie defektów i niejednorodności materiałów) oraz na badaniu procesów, takich jak: migracja wody w materiałach porowatych, transport cieczy w złożach filtracyjnych, rozwój systemu korzeniowego roślin, transport ropy naftowej w złożach geologicznych itp.

Wizualizacja struktury urządzenia technicznego za pomocą radiografii neutronowej (kanał H8)

Rysunek 2. Wizualizacja struktury urządzenia technicznego za pomocą radiografii neutronowej (kanał H8)