遵循一个中子蜡烛的光

这是80年前,詹姆斯·查德威克发现了中性的亚原子粒子和40年以来Laue-Langevin研究所开放。为了庆祝,菲利普·罗宾逊访问世界上最强烈的中子源

郊区的格勒诺布尔Laue-Langevin研究所(生病)坐在Isere和德拉克河的交界处,坐落在法国阿尔卑斯山。虽然相形见绌高山环境,生病是一种科学巨人。日夜在墙上一个核反应堆运行仅仅提供一个最强大的分析工具用于科学:中子。

就像今天在欧洲核子研究中心的物理学家在阿尔卑斯山的亚原子粒子内部,揭示宇宙的失踪质量的来源,他们的祖先被类似的难题困惑。之间的不匹配一个原子的质量和它的原子序数只是解决了詹姆斯·查德威克中子的发现80年前。自那时以来,科学的中子已经成为最强大的盟友,与研究人员来自世界各地涌向病人利用中子等网站在他们的研究。

中子是一个独特的原子结构和动力学的探针。当他们发射材料在合适的速度,他们的波长和原子间的距离在同一顺序。这意味着他们是由材料的原子,衍射产生的衍射模式的本质揭示样本的结构,类似于x射线。衍射实验时,99%的时间,使用x射线的,生病的主任,安德鲁·哈里森说承认x射线源和核反应堆的比起来是相当便宜的。但他补充说,中子有非常不同的属性,使其不可缺少的分析工具。

的吸引力

与x射线、中子与原子的原子核相互作用,而不是电子云,允许原子位置确定准确性更高。这种x射线和电子之间的相互作用意味着“感知”的能力一个原子的电子数量成正比,为氢几乎消失了。但是原子散射中子数不同的能力几乎随机从元素的元素,在更小的范围,因此,对氢技术敏感,碳和氧,甚至更重的元素的存在。

这种变化甚至延伸到相同元素的同位素:氢和氘散射中子如此不同,样本可以氘突出显示特定的区域或感兴趣的物种。因为中子不带电,可以旅游深入材料、电磁相互作用的影响,使这样的旅程可能x射线。

也许有一些诗意的讽刺,一个中性粒子应该这样一个令人难以置信的吸引力,不仅研究人员还其他领先的设施。生病以来首次产生中子40年前,欧洲同步辐射中心和一个边防哨的欧洲分子生物学实验室生病都成为邻居。有成千上万的科学家和工程师在现场——可以说是欧洲最高的密度,”哈里森说必威体育 红利账户在最近的一次访问。

该网站的中心是生病的核裂变反应堆,铀原子的分散开来,释放出中子。站在隔壁反应堆大厅,很难不把所需的工程壮举丰收,传输和检测这些微小粒子与一些敬畏。这样的壮举之一是中子指南,携带中子束的大型的管子从核心转向不同的实验台。在这里,他们可能与细胞膜相互作用,超导体或喷气发动机的叶片结合他们的故事结束前³他在一个检测器原子。

可能最大的故事我们今年是磁性的肥皂,”哈里森说。领导的这一项目朱利安Eastoe英国布里斯托大学的创建了一个液体表面活性剂,通过铁离子的掺入,充满磁性(必威体育 红利账户,2012年3月,e)。这样一个磁soap可以是一个简单的清理石油泄漏,例如,或直接从混合物中萃取的组件。但磁性的来源是一个谜。他们知道他们有磁性的影响,说伊莎贝尔里的员工不参与这个实验,“但他们不知道为什么,如果你只是在水中溶解铁,它没有任何磁性。

解决这个谜题要求的结构理解,只有中子可以提供。特别是,中子的敏感性不同氢和氘允许胶束结构调查。代替氢和氘,我们可以调整样品的对比(相对于溶剂),”里说。在胶束的情况下,这种调优可以用来制造结构的不同部分在溶剂背景下脱颖而出,所以整个胶束或核心或表面活性剂层可以突出显示。检查胶束内的核心显示铁离子紧密排列,近距离互动并产生磁性。

造型膜力学

贷款来自世界各地的专业团体,里是典型的员工负责生病的工具:在相等的部分技术人员,顾问,分析师和研究人员。对罗伯特•巴克生病仪器的科学家之一,传教士是一种重要的添加到列表中。与外部团体的有趣的东西来,”巴克说。所以我去会议和与人交谈,向他们展示我们能做什么。”,巴克能做什么是特别感兴趣的生物学家——调查在蛋白质和细胞膜生物物理现象,猪鬃的氢原子,中子如此熟练地承认。

巴克专注于人工膜。如果我们把一个完整的细胞在中子束,有太多,太多的信息,”他说。所以我们简化它,使用模型专注于一个特定的事情。这些模型允许生物学家研究膜力学埃尺度上的一种生物的方式相关。“一个真正的膜波动,它移动时,“他解释说。但一个人工膜沉积在表面没有。我们接枝表面的脂质层和沉积膜上表面是完全分开的。”

最近,巴克用他的人工膜在麻醉研究离子通道的作用。全身麻醉是迷人的,实际上相当可怕的,”他说。我们并不真正了解它是如何工作的,但主要因素之一是这些离子通道关闭。我们表明,当我们应用乙醇-麻醉它插入到头部组织细胞膜脂质,使膜分散,导致身体上的压力关闭通道。”

巴克的发现也可能对患者安全的影响。的乙醇插入在哪里也经常看到细胞膜中胆固醇,”他解释说。”如果你胆固醇水平增加,可能影响关闭机制,这可能应该考虑在计算麻醉剂量。”

生物学感兴趣的另一个生病的员工是马克·约翰逊在生病的科学计算工作。他使用中子测量DNA的弹性,利用另一个中子衍射能力——非弹性散射。在这些实验中,一个中子的能量收益或损失,因为它与原子相互作用的一个示例揭示了动态属性的示例。在约翰逊的情况下,这涉及到测量振动模式,或声子晶体内的DNA。

DNA允许它的弹性拉伸和弯曲,与蛋白质例如,”约翰逊说。”,一个在这种交互是刚度基本量。虽然这个属性被使用x射线散射测量之前,约翰逊解释说,测量了一个DNA碱基对的长度尺度距离——只有3.3。的螺旋转是33,所以他们没有测量螺旋的影响,”他透露。我们需要比你可以得到更好的解决与非弹性x射线和我们现在可以这样做,因为我们重建我们的一个工具,所以它有奇妙的决议,允许我们去更长的长度尺度。

在这个改进解决了约翰逊的测量值明显高于任何之前报道,他相信这是终极价值的内在刚度DNA。“我们唯一的长度尺度上测量螺旋,这可以给准确的参数化DNA的相互作用,”他说。

及时回顾

审查完全不同类型的细胞和膜,托马斯•汉森病检晶器,他的专长应用于燃料电池的研究,尤其是他们需要的oxygen-conducting膜。“如果你想知道哪条路氧固体材料,你需要多运动,精确的中子看到,”汉森说。他补充说,这些膜的材料通常采用使他们不适合x射线调查。最著名的例子是yttrium-doped氧化锆,”他解释说。钇和锆相对重原子,这使得它很难看到轻氧(x射线)。

汉森也参与一些更奇特的应用中子。几千年前,几百公里的生病,沿着阿尔卑斯山Austrian-Italian边界,现在被称为“奥兹“死了,就冻结在冰中。在1991年他的木乃伊的发现之后,奥兹成为媒体轰动。作为后续调查的一部分,奥兹的生活和死亡,他的铜斧发现患病,中子的能力提供atom-level结构信息是用来确定斧头。

“你有很多小晶体组成斧,“汉森解释道。如果使用锤击和轧制(使其)晶体有优先排列,和中子衍射的反应取决于样本的梁的方向。但是完全随机分布在任何方向能产生相同的反应。x射线衍射也可以调查这些结构特点,但中子渗透到材料的能力使它在这个实例的唯一选择。betway必威游戏下载大全与x射线,你只会看到表面,”汉森说。与中子你看到整个斧头,不用分手珍贵的样本。

虽然在奥兹锻造技术的知识存在的时间,结果表明:斧头没有收到任何加强治疗。这导致了解释,斧头是装饰地位的象征,而不是一个工具或武器,说明一些关于奥兹的社会地位。但Hannsen谨慎地限制了对中子的贡献的证据。“我们必须画一条线:这不是我们做最后的解释——这是考古学家的工作。和其它领域也是如此”。

值得的蜡烛

汉森的同事,安德鲁·王尔德把生病的录音室,和员工记录生产商的一个会话的音乐家——你可以在记录的。但他也指出,“记录时间”在一个核反应堆并不便宜,他们所有的用途、中子并不是没有限制的。中子的问题是,只是没有那么多,”他解释说。产生的中子数,在世界上最激烈的来源,是关于光子的数量由蜡烛一样。”

这种稀缺性意味着每个中子是神圣的,因此反应堆也在不断地使用在其50日周期。但巴克说,这有其自身的优点:将科学家们日夜在一起的时刻。我见过最有趣的谈话的咖啡机不同群体之间的凌晨3点,”他说。

不仅仅是材料在生病了,正在接受调查和中子本身仍然是一个重要的研究领域。甚至80年之后发现,这个粒子仍然持有一些科学家想揭开秘密,比如是否有一个电偶极子。虽然粒子是中性的,有理论预测它的电荷分离,”哈里森说。但分离的大小相当于把一个质子和一个电子在地球的两端,因此测量需要难以置信的精度。这是最优雅的,但困难的实验之一,这是40年来一直没有一个结果,”哈里森说。但每年带来答案近:“实验开始的时候,他们一百万倍的精度。现在他们50倍。

中子科学在欧洲的未来在于构建的建议欧洲散裂源(ESS)、瑞典隆德的设施。ESS应该成功了,成为世界上最聪明的中子源,但时间交出还有一段路要走,哈里森指出。明天如果ESS获得融资,这将是2030年之前,这些人的力量,所以我们有另一个15年的保持我们作为世界领袖的地位。”,在此期间哈里森打算确保中子科学继续得到应有的认可。我希望英国科学部长David Willetts来读到中子虽然他吃爆米花,”他笑了。