La sorgente svizzera di neutroni a spallazione SINQ

Generazione di neutroni: la reazione di spallazione

Nella sorgente svizzera di neutroni a spallazione SINQ, un fascio di protoni veloci (circa l'80% della velocità della luce) proveniente dall'acceleratore di protoni del PSI colpisce un blocco di piombo (il bersaglio). Se un protone veloce collide con un nucleo di piombo, il nucleo si riscalda e vaporizza da 10 a 20 neutroni, per così dire.

I neutroni provenienti dalla spallazione sono rallentati per gli esperimenti

I neutroni rilasciati durante la reazione di spallazione sono molto veloci, troppo per gli esperimenti.

Per rallentare i neutroni dopo la loro produzione, l'intero bersaglio viene posto in un serbatoio pieno di acqua pesante(1). I neutroni sono rallentati dalle collisioni con i nuclei dell'idrogeno pesante nell'acqua. Questo produce neutroni termici, che possono essere utilizzati, tra l'altro, per determinare la struttura dei cristalli.

Neutroni freddi: la ricerca di strutture più grandi richiede neutroni particolarmente lenti.

Se si desidera utilizzare i neutroni per studiare strutture più grandi, ad esempio le nanoparticelle, sono necessari neutroni ancora più lenti, i cosiddetti neutroni freddi.

Gli esperimenti con i neutroni hanno particolare successo se la loro lunghezza d'onda è all'incirca uguale a quella della struttura che si sta studiando, con i neutroni lenti che hanno una lunghezza d'onda maggiore rispetto ai neutroni veloci.

Per generare neutroni freddi, nel serbatoio dell'acqua del SINQ è stato installato un altro serbatoio con idrogeno pesante molto freddo (meno 250 gradi Celsius), nel quale i neutroni vengono ulteriormente rallentati.

Le guide neutroniche conducono i neutroni agli esperimenti

Le stazioni di misura dei neutroni sono disposte intorno alla sorgente di neutroni. I neutroni raggiungono le varie stazioni di misura attraverso le cosiddette guide neutroniche. Si tratta di canali di vetro - rivestiti all'interno con materiali speciali - in cui i neutroni vengono ripetutamente riflessi e quindi guidati verso l'esperimento.

Note 1: Acqua pesante - idrogeno pesante: I nuclei atomici dell'idrogeno ordinario sono costituiti da un solo protone, mentre quelli dell'idrogeno pesante (deuterio) sono costituiti da un protone e un neutrone. Le molecole dell'acqua pesante contengono idrogeno pesante. L'idrogeno pesante è particolarmente adatto a rallentare i neutroni perché, a differenza dell' idrogenoordinario, non assorbe quasi nessun neutrone.