Grundsätzlich lautet die Antwort nein, es ist nicht möglich.

Wenn wir Neutronen für Forschungszwecke produzieren, müssen wir sie mithilfe von Kernreaktionen produzieren. Sie entstehen aus den Kernreaktionen mit Energien, die durch die Reaktion bestimmt werden, ansonsten nicht unter unserer Kontrolle stehen und auf der MeV-Energieskala der Kernphysik liegen. Beispiele für eine Neutronenquelle wären ein Kernreaktor oder eine Plutonium-Beryllium-Quelle.

Wenn die Kernreaktion in einem Teilchenbeschleuniger stattfindet, kann sich der Schwerpunktrahmen mit hohen Geschwindigkeiten bewegen. Wenn der Strahl schwerer als das Ziel ist und die Geschwindigkeit des Strahls hoch ist, kann dies zur Erzeugung von Neutronen führen, die kinematisch fokussiert und mit hoher Geschwindigkeit erzeugt werden.

Sobald die Neutronen erzeugt sind, ist dies der Fall möglich, sie zu thermisieren, z. B. in Wasser oder Paraffin. Dies erzeugt eine Reihe von Neutronen, deren Energiespektrum Maxwellsch ist und der Temperatur der Substanz entspricht, mit der sie thermisiert werden.

Man kann Neutronen auch nach Geschwindigkeit filtern. Wenn beispielsweise einmal eine Population von thermischen Neutronen erzeugt worden ist, könnte man eine Teilmenge von ihnen mit einem kleinen Geschwindigkeitsbereich auswählen. Zwei Techniken, um dies zu tun, sind das Messen ihrer Flugzeit (und das Ignorieren derjenigen, die die falsche Flugzeit haben) und das Brechen durch ein Prisma - was überraschenderweise sehr ähnlich wie ein optisches Prisma funktioniert.

Ein klassisches Papier, das eine Reihe dieser Techniken verwendet und beschreibt, ist Zeilinger et al., "Einzel- und Doppelspaltbeugung von Neutronen", Rev Mod Phys 60 (1988) 1067, in dem die Doppelspaltbeugung von Neutronen gemessen wurde . Das Papier kann online gefunden werden (möglicherweise illegal, wenn die Urheberrechtsgesetze Ihres Landes genauso repressiv sind wie meine).

Obwohl ein Neutron elektrisch neutral ist, hat es ein magnetisches Dipolmoment ungleich Null. Es interagiert mit einem Magnetfeld, um ein Potential zu ergeben.

$$ U = \ vec {\ mu} \ cdot \ vec {B} $$

Ein Gradient der Magnetfeldstärke wird Geben Sie eine Kraft

$$ \ vec {F} = \ nabla | \ vec {\ mu} \ cdot \ vec {B} | $$

Es ist nicht möglich, große Mengen zu produzieren , anhaltende Feldgradienten, noch ist es möglich, sie schnell so zu modulieren, dass geladene Teilchen in Hochfrequenzhohlräumen beschleunigt werden. Dies bedeutet, dass es nur für ziemlich kleine Beschleunigungen und niedrige Energien gut ist. Quantitativ hat das Neutron $ \ mu \ ca. 50 \, \ mathrm {neV / T} $, und typische Magnetfelder in Laboratorien sind einige Tesla, also nur Neutronen mit Energien $ \ lt einige \ mal 100 \, \ mathrm { neV} $ sind merklich betroffen.

Einige Experimente fangen ultrakalte Neutronen in einer Magnetflasche ein - in einer Falle gibt es immer eine Rückstellkraft, und dies ist die Methode, die sie verwenden.

Um einen energiereichen Neutronenstrahl zu erzeugen, erzeugen Beschleuniger einen energiereichen Strahl geladener Teilchen (normalerweise Protonen) und wandeln sie mit einem Ziel zum letztmöglichen Zeitpunkt in Neutronen um.

Ja! Neutronen sind elektrisch neutral, haben aber ein magnetisches Moment. Sie können einen Stabmagneten mit einem Magnetfeld beschleunigen, sodass Sie auch ein Neutron mit einem Magnetfeld beschleunigen können. Für die meisten Strahlen ist die Änderung der Energie ziemlich vernachlässigbar, aber es gibt eine große Ausnahme für ultrakalte Neutronen (UCN), die zufällig meine Spezialität sind.

UCN haben weniger als 300 neV Kinetik Energie (sprich: langsam genug, um von einer polierten Ni-Wand abzuprallen), und sie gewinnen 60 neV / T, sodass ein 5T-Magnet (stellen Sie sich einen sehr starken MRT-Magneten vor) die Energie eines Neutrons mehr als verdoppeln kann, vorausgesetzt, es geht langsam genug (und ist richtig polarisiert).

UCN-Experimente haben oft einen Bereich, in dem die UCN "umgewandelt" werden (lesen Sie: von höheren Energien nach unten gestreut), der den Gasdruck unterstützen muss, und einen Bereich, der unter Hochvakuum am besten funktioniert . Diese zu Regionen sind durch ein dünnes Stück Metall (oft Aluminium) getrennt, das als Folie bezeichnet wird. Sie würden eine Menge Ihrer Neutronen in der Folie verlieren, wenn Sie nur die schnellen durchlassen. Daher richten Sie normalerweise einen starken Magneten um die Folie auf, der die Neutronen beschleunigt, damit sie haben mehr Energie als die Barriere der Folie. Wenn die Neutronen den Magneten verlassen, verlieren sie diese Energie wieder und kehren zu der <300neV-Population zurück, die Sie untersuchen möchten.

Wie ist es möglich, ein Neutron zu beschleunigen?

Neutronen haben ein Dipolmoment, so dass sie insofern "beschleunigt" werden können, als sie sich in einem Magnetfeld drehen - das ist ihre primäre Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Feld.

Es ist möglich, ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld zu beschleunigen. Wie ist es möglich, ein Neutron zu beschleunigen?

Neutronen interagieren auch durch die Schwerkraft. starke und schwache Kräfte, daher warten wir in typischen (erdbasierten) Experimenten darauf, dass Neutronen in radioaktiven Isotopen aus den Kernen geworfen werden. Man könnte die Neutronen auch nach unten richten, um sie mit der Schwerkraft zu beschleunigen, aber das wird die Geschwindigkeit hier auf der Erde nicht wirklich ändern. Zumal sie eine Halbwertszeit von 10 Minuten haben.

Wie können wir seine Geschwindigkeit steuern?

Magnetfelder funktionieren nicht, daher bleibt ihre Geschwindigkeit konstant, aber wie gesagt, Sie können sie erhalten während ihres kurzen Lebens drehen.

Wenn ich pedantisch wäre (und Physik mache, also ist das eine Sache), würde ich sagen, dass der einfachste Weg darin besteht, ein geladenes Teilchen mit Neutronen zu beschleunigen.

Das Neutron kann über die Starke Kraft an ein Proton gebunden werden, indem ein hochenergetisches Proton mit dem Neutron kollidiert. Anschließend kann das Protonen-Neutronenatom mit einem regulären elektrischen Feld beschleunigt werden. Die Schwerkraft kann auch ein Neutron beschleunigen.

Ich denke, es könnte möglich sein, die Neutronen kontrolliert zu verarbeiten, indem sie wie in einem NMR-Gerät mit Mikrowellen in einem ausreichend starken Magnetfeld belichtet werden.Anstatt einen magnetischen Gradienten von einem herkömmlichen Magneten anzulegen, könnte man einen fokussierten Impuls von einem Laser verwenden, um einen magnetischen Mittelfeldgradienten zu erzeugen, um das Neutron zu beschleunigen.Der Laserpuls muss zusammen mit der Ausrichtung des vorausgehenden Neutrons zeitlich abgestimmt werden, um eine kohärente Kraft in eine gewünschte Richtung zu erhalten.Der wichtige Unterschied besteht darin, dass die Energie des Laserpulses auf ein Volumen in der Größenordnung von Lambda ^ 3 fokussiert werden kann, so dass für eine gegebene Pulsenergie die Stärke des Magnetfeldes als Lambda ^ -3 und der Gradient skaliertvon diesem Feld wird ein weiterer Faktor lamda ^ -1 aufgenommen.Die Zeitskala, in der der Feldgradient beibehalten werden kann, skaliert also mit Lambda Es ist zu erwarten, dass die resultierende Geschwindigkeitsänderung mit Lambda ^ -3 skaliert

Man könnte versuchen, superkalte Neutronen mit ebenso kalten freien Elektronen durch ihre magnetische Dipolwechselwirkung zu paaren, ähnlich wie Elektronen in einem Supraleiter Cooper-Paare bilden.Beachten Sie, dass das etwa 1000-mal schwächere magnetische Moment des Neutrons im Vergleich zum Elektron liegt macht eine e-n-Paarung im Vergleich zu e-e entsprechend weniger stabil Paarung, aber andererseits erleichtert das Fehlen einer abstoßenden elektrostatischen Kraft zwischen e und n eine Paarung. Die Paarung kann durch die Tatsache verbessert werden, dass ein e-n-Paar der bosonischen Fermi-Statistik gehorcht, was bedeutet, dass sie Zustände niedriger Energie besiedeln können, die für einzelne Elektronen in dem Fall, in dem die Elektronen nicht zugänglich sind, nicht zugänglich sind sind entartet.Abhängig von der Stärke der e-n-Paarung könnte man die Paare auf ein maximales Beschleunigungsniveau beschleunigen unter Verwendung eines elektrischen Feldes und entfernen Sie anschließend die Elektronen durch Anlegen eines stärkeren elektrischen Feldes.

Man könnte die Tatsache nutzen, dass ultrakalte Neutronen von einer polierten Oberfläche einer Metrik wie Diamant oder Nickel mit 100% Reflexionsvermögen streuen können, solange die senkrechte Geschwindigkeit unter einer Geschwindigkeitsschwelle von liegt Ordnung von v = 7 m / s. Dies mag nach einer kleinen Geschwindigkeit klingen -Änderung, aber da das Neutron in einem Bereich in der Größenordnung seiner Wellenlänge lokalisiert werden kann, der in der Größenordnung seiner räumlichen Wellenlänge d = 50 nm für ein Neutron liegt, das sich mit 7 m / s bewegt, kann die klassische Beschleunigung an der Streufläche sein geschätzt als v ^ 2 / (2 * d), was in der Größenordnung von 5E8 m / s ^ 2 liegt, was ein signifikantes Beschleunigungsniveau darstellt. Dies ist natürlich eine Handwellenschätzung des Obermaterials gebunden an das Beschleunigungsniveau an der Oberfläche eines Neutronenspiegels, aber Das Ausmaß des Ergebnisses scheint ermutigend. Man könnte dann einen sich schnell drehenden Neutronenspiegel verwenden, bei dem die ultrakalten Neutronen nahe der Rotationsachse des Spiegels beginnen und sich aufgrund des Fehlens einer Zentripetalkraft radial nach außen bewegen, um die Neutronen auf eine gleiche Geschwindigkeit zu beschleunigen auf die maximale lokale Geschwindigkeit des Spiegels.