中子成像（中子成像）

中子成像

即使用X射线透视仪也没有办法透过铅块看东西，但是如果用中子的话效果可能会好一些，因为中子能够穿透高密度的材料。2006年，6月2日出版的Physical Review Letters报道了一种简单的三维成像技术，这种技术只需利用品质并不是很好的中子流就可以实现。研究者认为这种技术对于研究磁性材料的内部结构非常有用。

由于中子具有波粒二象性，所以可以用类似的标准光学技术来操作。将中子通过一个小孔以产生高度准直的束流，然后用合适的晶体来折射——就像光通过棱镜时不同波长的光波被分开——得到单一能量（或者说单一的波长）的中子束。但在这两个剔除不符合要求中子的过程会使得中子束流强度大大地降低，从而造成这种成像方法更耗时也更复杂。

Franz Pfeiffer来自位于瑞士菲林根（Villigen）的保罗谢勒研究所（Paul Scherrer Institute），他和同事们设计了一种成像系统（Imaging System），这种系统使用一系列的光栅（这是一种刻有平行缝隙的不透明屏幕）。一束宽度为2毫米的中子流先是打到一块有着较粗缝隙的光栅上，通过光栅得到的是一系列的中子线。由于缝隙分的比较开，所以这些中子线可以看成是相互独立的相干波，就像在经典光学实验中通过小孔形成的光线。利用多个而不是一个这样的中子线，得到的中子束强度比其它技术所能得到的中子束强一百倍。

接下来将这些中子波束打到第二光栅上，这个光栅上的缝隙更为细密一些，通过这个光栅的中子束会产生干涉条纹。在两个光栅之间放置要测量的物体就会改变中子束所走过的路径。物体的折射效应会改变通过第二个光栅之后形成的干涉条纹。但是中子探测器的分辨率不足以直接将干涉条纹成像，也不能测到条纹的微小变化。

为了从这套装置中获取信息以便成像，他们在第二个光栅之后不远处放上第三个光栅，两者之间的距离差不多相当于干涉条纹变化的周期。然后慢慢地移动第三个光栅，并测量通过光栅的中子束流强度。这个技巧相当于将两个梳子重叠在一起，并让它们慢慢地相对移动，这样微小的移动就由通过梳子的总光强变化显著地表现出来。转动要测量的物体，并用一个二维的探测器阵列纪录中子流强的变化，研究者们就能够用数学的方法重建被测量物体内部的三维结构，这个方法是基于已经知道被测物体对于中子流折射的性质这一基础之上的。中子折射能够非常明确地区分钛（Titanium）和钼（Molybdenum），虽然它们对于中子的吸收能力差不多。这种技术对于中子束的密度分布并不是很敏感，所以对于中子束的品质要求并不是很高。

在一个演示原理的实验中，Pfeiffer和同事们用中子束成像方法给出了大概6到7毫米厚的钛棒、铅棒、镁棒和钼棒的轮廓，并且给出了两根金属棒缠绕在一起的三维图像。Pfeiffer希望这种方法的进一步发展会产生对固体内部，比如说磁性材料内部的主要结构，进行成像的有效方法，并且这一方法中中子不会和静电效应产生干涉。

Muhammad Arif来自位于马里兰州（Maryland）盖瑟斯堡（Gaithersburg）的国家标准局（National Institute of Standards and Technology），这个工作留给他非常深刻的印象，虽然为了获得更高的分辨率就要求对于制作光栅刻痕时候需要非常高精度的定位，而这是非常具有挑战性的。但是，他还表示，由于这个技术能够更有效地利用中子，还是值得做更进一步的研究。