Kính hiển vi nơtron Polaris: Thực hiện các phép đo nhanh hơn

Các kỹ sư Anh đã chế tạo một kính hiển vi neutron, cho phép các nhà khoa học thực hiện những phép đo nhanh hơn 30 lần so với bất kỳ phương tiện đo lường (khác) hiện có.

Kính hiển vi nơtron "Polaris" (trị giá khoảng 4 triệu bảng Anh), được lắp đặt tại Trung tâm nghiên cứu Nơtron ISIS, thuộc Hội đồng Khoa học và Các tiện ích Công nghệ, vào thứ sáu tuần  vừa rồi,  nó có thể giúp phân tích các vật liệu ở cấp độ phân tử, nhằm phục vụ cho mục đích nghiên cứu bào chế thuốc cũng như chế tạo các linh kiện điện tử.

Kính hiển vi nơtron này sử dụng một mảng lớn với nhiều máy dò neutron hơn so với công nghệ được sử dụng trước đây, nhằm nghiên cứu cấu trúc của một chất liệu (ở quy mô nanomet), vốn đã làm lệch hướng của các hạt tốc độ cao.

"Một trong những thách thức lớn nhất là việc tích hợp tất cả các máy dò nơtron vào trong bình chân không(có thể tích 20m³)", theo David McPhail, một trong các kỹ sư làm việc tại Hội đồng Khoa học và Các tiện ích Công nghệ, người đã tham gia thiết kế và xây dựng kính hiển vi nơtron "Polaris" trong hơn 5 năm.

Khi các nơtron chạm vào mẫu vật, các nơtron này sẽ tỏa đi mọi hướng, trước đây thì các nhà khoa học phải di chuyển các máy dò nơtron xung quanh để cố gắng nắm bắt chúng. Tuy nhiên, hiện nay với vùng phủ sóng lớn hơn (sử dụng một mảng lớn với nhiều máy dò neutron hơn), các nơtron này sẽ tự tìm đến các máy dò nơtron.

Các máy dò nơtron có hiệu quả trong việc biến đổi các neutron thành các photon, vốn sẽ được truyền đi, thông qua "việc mã hóa ở từng đôi sợi quang học" mà sau đó các photon được mã hóa này được thu thập và chuyển đổi thành các tín hiệu điện tử.

"Chúng tôi phải đặt tất cả máy dò nơtron này vào một không gian rất nhỏ hẹp; bên cạnh việc phải lắp đặt hàng trăm km cáp quang hoàn toàn thẳng (bởi nếu sợi cáp quang bị uốn cong quá mức, thì sẽ bị mất tín hiệu)".

"Để làm được điều này, thiết kế của kính hiển vi nơtron "Polaris" được chia thành các môđun khác nhau và mô phỏng được sử dụng để xác định vị trí lý tưởng của các máy dò bên trong mỗi môđun. Đây thật sự là nỗ lực rất lớn của các kỹ sư và các nhà khoa học, để thao tác trong một không gian quá nhỏ hẹp", theo McPhail.

Bởi vì mỗi máy dò nơtron phải nhận biết hướng mà các nơtron đang đi đến, cho nên các máy dò nơtron này phải được chế tạo theo nhiều kiểu dáng khác nhau, vì vậy các nghiên cứu đã sử dụng mô hình CAD 3D và chế tạo ra phụ gia nung kết laser để sản xuất các khuôn mẫu khác nhau theo yêu cầu với giá phải chăng.

"Chúng tôi sử dụng kính hiển vi nơtron "Polaris", để: thực hiện những phép đo nhanh hơn 30 lần và theo dõi các phản ứng hóa học trong thời gian thực, tiếp cận những lĩnh vực mới của khoa học", theo Tiến sĩ Stephen Hull, nhà nghiên cứu hàng đầu trong dự án này.

Ứng dụng của Kính hiển vi nơtron "Polaris" bao gồm: cải thiện hiệu suất của máy tính xách tay và pin điện thoại di động; nhận biết làm thế nào các loại thuốc (với các liều lượng khác nhau) tương tác với các phân tử gây bệnh trong cơ thể như ở căn bệnh Alzheimer (bệnh mất trí) và phát triển các vật liệu từ tính có thể được sử dụng để cải tiến bộ nhớ của máy vi tính.