Исследователи из Массачусетского технологического института, работая совместно с учеными из НАСА, разработали микроскоп нового типа, который вместо лучей электронов или света использует луч нейтронов – субатомных частиц, не имеющих электрического заряда. Такая «нейтральная» природа используемых частиц позволяет получать высококачественные изображения с высокой разрешающей способностью «внутренностей» металлических объектов, деталей двигателей, аккумуляторных батарей и топливных элементов, причем прямо в процессе их работы.

Нейтронный инструмент является чувствительным к магнитным свойствам исследуемых материалов, а его уникальная способность «видеть» легкие элементы очень пригодится для проведений исследований в области химии и биохимии.

Конечно, нейтронные исследовательские инструменты существуют уже достаточно давно, но они все построены на принципах строения обычных пинхол-камер, камер, объектив которых не содержит фокусирующих линз и представляет собой лишь крошечное отверстие. Такой подход нельзя считать эффективным, ведь отсутствие активных оптических компонентов обеспечивает лишь получение размытых изображений с крайне низкой разрешающей способностью.

Поскольку нейтроны, в силу их нейтральной природы, взаимодействуют с материей крайне слабо, задача фокусировки нейтронного луча является весьма сложной задачей с научной и технической точки зрения. Поэтому исследователи применили некоторые решения, которые были использованы учеными при создании оборудования рентгеновской обсерватории Chandra.

Все дело заключается в том, что нейтронные лучи взаимодействуют с материей столь же слабо, как и рентгеновские лучи, и поэтому для фокусировки нейтронных лучей можно использовать оптические системы, подобные системам обсерватории Chandra.

В этих оптических системах используется эффект, который позволяет лучам света быть отраженными от абсолютно неотражающих поверхностей при падении на них под малыми углами. Именно этот эффект несет ответственность за появление миражей в пустынях и за некоторые другие оптические иллюзии. Используя такой же эффект, можно создать зеркала с определенным видом покрытия, которые могут отражать лучи нейтронов, падающие на них под небольшими углами.

Ученым удалось добиться высокоэффективного отражения нейтронных лучей, которое позволило сфокусировать их за счет использования нескольких цилиндрических зеркал, вложенных друг в друга. Получившаяся такая необычная «нейтронная линза» с большой отражающей поверхностью позволила увеличить все показатели нового микроскопа минимум в 50 раз по сравнению с другими подобными системами.

При этом, ученым удалось сократить размеры всего микроскопа в целом в несколько раз и сейчас он занимает место, не превышающее размеры обычного рабочего стола.

Этап предварительного проектирования нейтронного микроскопа был проведен на компьютере в цифровой форме. Затем исследователи создали маленький опытный образец нейтронной фокусирующей системы и испытали нейтронный микроскоп, используя луч нейтронов, вырабатываемый источником Лаборатории ядерных реакторов Массачусетского технологического института (MIT Nuclear Reactor Laboratory).

А немного позже исследователи будут использовать оборудование Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) и Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) которое позволит им работать с лучами нейтронов, имеющих различные энергетические характеристики.