البحوث المتعلّقة بالمواد

يُعدُّ فهم المواد أمراً بالغ الأهمية لإيجاد حلول لمجموعة كاملة من المتطلبات الاجتماعية والتكنولوجية في مجالات من قبيل الصحة، والطاقة، والأمن الوطني والبيئة. ويتطلب هذا الأمر بدوره إتقان تقنيات تجريبية وحسابية مختلفة بغية الكشف عن خصائص المواد وتحقيق المستوى الأمثل لها.

وتقنيات الحُزم النيوترونية هي من التقنيات الراسخة، كما أنها قد أصبحت تقنيات رئيسية فيما يتعلّق بالتوصيف التفصيلي لخصائص الهياكل والديناميات النووية والمغناطيسية بالنسبة إلى العديد من الأصناف الجديدة والمهمّة من المواد وفيما يتعلّق بإعادة معالجتها. وقد أدى هذا الأمر إلى تحسين الفهم بشكل كبير في مجالات من قبيل فيزياء وكيمياء المواد المكثّفة، والتكنولوجيا النانوية، وعلوم البوليميرات، وعلوم الحياة، والبحوث المتعلّقة بالطاقة المستدامة، وأجهزة الاستشعار والمواد الذكية، والتكنولوجيا الحيوية، والهندسة وعلم الآثار.

وثمّة نوعان اثنان من تفاعلات النيوترونات مع المادة يجعلان من التشتّت النيوتروني مسباراً فريداً لدراسة المواد وهما: التفاعلات النووية القوية القصيرة المدى والتفاعلات الكهرومغنطيسية الناجمة عن العزم المغناطيسي للنيوترونات. وبما أنه ليس للنيوترونات شحنة كهربائية صافية، بإمكانها اختراق المواد السائبة، مما يجعل الأجسام المعدنية شفافة إلى حد كبير إزاء النقل النيونتروني.

ومن بين العديد من الوظائف الهندسية الأخرى، تؤدي النيوترونات الحرارية أيضاً دوراً حاسماً في تحديد أماكن الذرات الخفيفة مثل ذرات الهيدروجين والأكسجين في الهياكل المعقّدة، وفي حل ترتيبات العزوم المغناطيسية داخل النظم المغناطيسية المعقَّدة، وتقييم توزيع الإجهاد المتبقي في المكونات الميكانيكية. وتشمل الوسائط النمطية لهذا التطبيق مواد خزن الهيدروجين، والالكتروليتات والمواد المستخدمة في البطاريات، فضلاً عن الأفلام المغناطيسية. ويُستغلّ تأثير الاستبدال النظيري لتحديد مكان ذرات الهيدروجين على وجه الدقّة، على سبيل المثال داخل البوليميرات أو الجزيئات البيولوجية.