Znanstvenici oslobađaju snagu neutrona kako bi poboljšali razumijevanje svakodnevnih materijala i uhvatili se u koštac s temeljnim pitanjima fizike. U Švedskoj se izgrađuje Europsko postrojenje za spalaciju
'TO JE FENOMEN'
Rješavanje najvećih tajni svemira: Skromni neutron može pomoći, i to je jako zanimljivo
Osim bljeskova sjećanja koje nam je možda prizvala Netflixova hit serija „Na putu prema dolje“, većina nas vjerojatno je s radošću zaboravila što smo učili na satovima kemije u školi.
Pa da ukratko ponovimo: kemija se bavi građevnim jedinicama našeg fizičkog svijeta kao što su atomi te promjenama koje se na njima događaju. Atom se sastoji od jezgre, u kojoj su protoni i neutroni, okružene elektronskim oblakom.
Oslobodimo neutrone
Slijedi nešto čemu nas srednjoškolska kemija vjerojatno nije naučila: skromni neutron, koji se nalazi u jezgri svakog atoma osim vodikova, može – ako se njime rukuje na pravi način – rasvijetliti sve, od klimatske krize i energije do zdravlja i kvantnog računarstva.
POGLEDAJTE VIDEO:
Pokretanje videa...
01:30
Jedan od tih načina je i prilično spektakularan postupak, poznat kao spalacija, u sklopu kojeg visokoenergetske čestice destabiliziraju jezgru atoma koja zauzvrat oslobađa nekoliko neutrona koji se nalaze u njoj.
Kad ih se zauzda, ti novooslobođeni neutroni mogu se upotrebljavati poput rendgenskih zraka za mapiranje unutarnje strukture materijala.
U švedskom Lundu trenutačno se izgrađuje Europsko postrojenje za spalaciju (ESS), a očekuje se da će postati aktivno 2027. Nakon što proradi punim kapacitetom njegov do sad nezabilježen protok i spektralni raspon učinit će ga najsnažnijim i najsvestranijim svjetskim izvorom neutrona za znanost.
Svrha tog postrojenja, rekao je Jimmy Binderup Andersen, voditelj za inovacije i industriju u ESS-u, „je stvoriti neutrone, neutronski snop, koji će se upotrebljavati u znanstvene svrhe.“
Nakon što postrojenje bude pušteno u pogon znanstvenici iz cijele Europe i ostatka svijeta moći će upotrebljavati njegovih 15 različitih snopova za provođenje temeljnih istraživanja.
Nije to rendgenska zraka
Prema Andersenu, neutronski snop „nije isto što i rendgenska zraka, nego joj je komplementaran i dijelom počiva na istim zakonima fizike.“
Poput rendgenskih zraka, neutroni se mogu upotrebljavati za sondiranje materijala i bioloških sustava. No, s materijalima stupaju u interakciju različito od fotona u visokoenergetskim rendgenskim zrakama te stoga pružaju različite vrste informacija o svojim ciljevima.
Primjerice, neutronski snopovi mogu nam dati informacije o unutarnjoj dinamici litij-ionskih baterija, otkriti skrivene pojedinosti o drevnim artefaktima ili pojasniti mehanizme otpornosti bakterija na antibiotike. Također ih se može upotrebljavati za istraživanje temeljne fizike. Čini se da bismo se za njih mogli zapitati „a što oni uopće ne mogu?“.
Bombardiranja neutronima
U sklopu projekta BrightnESS-2 kojega financira EU i kojim djelomično upravlja Andersen tehnologije koje su bile razvijene za ESS podijeljene su s europskom industrijom kako bi koristile društvu općenito. Primjerice, neki od sustava napajanja razvijenih za snopove ESS-a mogli bi se upotrijebiti za tehnologije obnovljivih izvora energije poput vjetroturbina.
Jedan europski proizvođač poluvodiča nedavno je kontaktirao ESS, zanimajući se za polja zračenja koja izvor neutrona može generirati. Svijet u kojem živimo neprestano bombardiraju neutroni koji nastaju kada se visokoenergetske čestice iz svemira, poput kozmičkog zračenja sa Sunca, sudaraju sa Zemljinom atmosferom. Takvo izlaganje s vremenom može oštetiti električne komponente.
ESS može oponašati takvo bombardiranje neutronima, no u mnogo bržem vremenu, zbog čega se ono može upotrebljavati za ispitivanje izdržljivosti ključnih električnih komponenti poput onih koje se upotrebljavaju u zrakoplovima, vjetroturbinama i svemirskim letjelicama.
ESS uspostavlja partnerstva s drugim istraživačkim institutima i poduzećima kako bi pronašao moguću buduću upotrebu postrojenja kakvo je ESS kojim će se tražiti rješenje za takve specifične potrebe industrije.
ESS 2.0
Iako je ESS još uvijek u izgradnji, znanstvenici već rade na poboljšanju postrojenja.
Kad se ESS tek otvori, imat će jedan usporivač neutrona, no u sklopu projekta HighNESS kojeg financira EU razvija se drugi sustav za usporavanje neutrona. Usporivačima će se usporavati neutroni koji se stvaraju u postupku spalacije, na razinu energije kakvu znanstveni instrumenti mogu upotrebljavati.
„Energija neutrona doista je važna u neutronskom postrojenju, jer ovisno o energiji neutrona možete se baviti različitim vrstama fizike“, kaže Valentina Santoro, koordinatorica projekta HighNESS.
I dok će prvi usporivač dati visoku svjetlinu, odnosno vrlo fokusiranu zraku neutrona, izvor koji se razvija u sklopu projekta HighNESS rezultirat će visokim intenzitetom, odnosno velikim brojem neutrona.
Ta će dva usporivača znanstvenicima omogućiti istraživanje različitih aspekata dinamike i strukture materijala kao što su polimeri, biomolekule, tekući metali i baterije.
Temeljna misterija
Drugi će usporivač također omogućiti istraživanje temeljne fizike kako bi se pokušalo prvi put vidjeti kako neutron postaje antineutron.
„To je izrazito zanimljivo, jer promatrate fenomen kako tvar postaje antitvar“, kaže Santoro, fizičarka čestica koja radi u ESS-u. „Ako otkrijete nešto poput toga, moći ćete shvatiti jednu od najvećih nerazriješenih misterija: Zašto u svemiru postoji više tvari nego antitvari.“
Taj je eksperiment moguće provesti samo u ESS-u, kaže Santoro, jer je za njega potreban ogroman broj neutrona, a ESS će ih imati najviše u svijetu.
„Potreban vam je samo jedan neutron koji će postati antineutron, i to je to, otkrit ćete postupak kojim tvar postaje antitvar“, kaže Santoro.
Autor MICHAEL ALLEN
Istraživanja u ovom članku financira EU. Ovaj je članak izvorno objavljen u časopisu Horizon, časopisu za istraživanje i inovacije EU-a.
ISTRAŽIVAČKE INFRASTRUKTURE
Istraživačke infrastrukture pružaju resurse i usluge kako bi znanstvenici mogli provoditi istraživanja i poticati inovacije na svojim područjima.
Program istraživačkih infrastruktura u okviru Horizon Europe ima za cilj osnažiti europsku znanost i inovacije kroz istraživačke infrastrukture svjetske klase dostupne državama članicama EU-a i pridruženim zemljama.
Europsko postrojenje za spalaciju jedan je od 23 istraživačka objekta uspostavljena u sklopu Konzorcija europskih istraživačkih infrastruktura (ERIC), pravne osobe koja omogućuje zajedničko financiranje i integraciju resursa iz država članica.
Više informacija
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
