Att få ögonblicksbilder av system och processer vid exakta tidpunkter är viktigt för forskning och utveckling inom många områden, inklusive biologi, materialvetenskap, och ingenjörskonst. Att avfyra en neutronstråle mot ett material är ett sätt att få information; dock, detta kräver ofta kärnreaktorer och specialanläggningar. Nu, forskare från Osaka University har rapporterat en laserdriven metod för att samtidigt generera neutroner och röntgenstrålar. Deras resultat publiceras i Tillämpad fysik Express .

Att titta på ett system utan att behöva förstöra det är mycket användbart när man undersöker strukturer. Ett sätt detta kan göras är att rikta ljus, joniserande strålning, eller partiklar vid materialet av intresse och se hur de interagerar med målet.

Neutroner - särskilt lågenergi - är utmärkta partiklar för detta eftersom de sannolikt kommer att interagera med olika kärnor, inklusive väte. Dock, att generera neutroner kan kräva specialistanläggningar som inte är lättillgängliga.

Nyligen, system som använder lasrar för att generera neutroner har blivit populära eftersom de är kompakta, kan generera korta skurar av neutroner, och kan producera röntgenstrålar samtidigt.

Osaka-forskarna har utvecklat en laserdriven neutronkälla som är liten – storleken på en fingertopp – och som kan generera många snabba neutroner i mycket korta skurar. Neutronerna bromsas sedan av en moderator för att göra dem optimala för avbildning.

"Vi kunde generera en hög neutrontäthet - högre än vad som finns i vissa stjärnor - vilket betyder att vi kunde få den information som behövs mycket snabbt, " förklarar studiens motsvarande författare docent Akifumi Yogo. "Röntgenstrålar producerades också samtidigt, så systemet kan erbjuda två kompletterande tekniker i en."

Neutronerna genererades genom att en laser kopplades på och av. Denna kontroll över neutronkällan gör systemet säkrare än tidigare alternativ.

Forskarna använde sin teknik för att visa att borkarbid, som inte kunde avbildas med röntgenstrålar, upptäcktes med hjälp av neutroner. Dessutom, de undersökte farliga ämnen i ett typiskt batteri på ett oförstörande sätt, och kunde detektera närvaron av kadmium med hjälp av neutroner.

"Den snabba neutronskuren vi kunde uppnå med vårt system kommer att tillhandahålla bildinformation för mycket snabba processer, " säger docent Yogo. "T.ex. vi tror att händelser som bränsleinsprutning i motorer och bubblakollaps i snabba jetstrålar kan observeras, som skulle ge värdefull information för forskning inom många branscher."

Artikeln, "Enkelshotsröntgen av en ljuskälla av laserdrivna termiska neutroner och röntgenstrålar" publicerades i Tillämpad fysik Express .