Estudio de la dinámica de la materia condensada a través de la técnica de dispersión inelástica profunda de neutrones
Se explican los motivos que dieron origen a la técnica de eVS, se describe en qué consiste la misma, y se muestra por qué esta técnica es particularmente útil a los efectos de estudiar la dinámica de diferentes núcleos en diversos sistemas. Se expone el formalismo de convolución habitualmente utiliz...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2004
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/15/1/1Blostein.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Se explican los motivos que dieron origen a la técnica de eVS, se describe en qué consiste la misma, y se muestra por qué esta técnica es particularmente útil a los efectos de estudiar la dinámica de diferentes núcleos en diversos sistemas. Se expone el formalismo de convolución habitualmente utilizado a la hora de procesar los espectros obtenidos con esta técnica, en el cual se supone que la energía de los neutrones detectados se encuentra esencialmente fijada por la resonancia del filtro interpuesto en el haz dispersado. En este trabajo se presenta por primera vez el formalismo exacto que describe los espectros obtenidos para el caso de muestras delgadas; en este formalismo se consideran todos los pares de energías inicial y final compatibles con las longitudes de vuelo involucradas, en claro contraste con la hipótesis de energía final fija antes mencionada. A la luz del formalismo exacto, el análisis realizado en esta Tesis pone de manifiesto fallas en el formalismo de convolución empleado a la hora de tratar los datos experimentales. Se demuestra que el formalismo de convolución es sólo una representación aproximada de la descripción exacta y que es incapaz de describir adecuadamente los espectros observados. Se muestra que las deficientes descripciones de los diferentes picos observados en la escala tiempo de vuelo se traducen en errores en las magnitudes usualmente informadas como resultado de un experimento de eVS, esto es: intensidades de picos aislados, intensidades de picos no totalmente resueltos, temperaturas efectivas y distribuciones de impulso. A fin de exponer la razón básica de estas fallas, a partir del formalismo exacto se analizan las distribuciones de energía final responsables de la intensidad observada en diferentes canales de tiempo. Se concluye que, a cada tiempo de vuelo, es una distribución de energies finales la que produce el espectro y no una energía bien definida. Se muestra que las distribuciones de energía final no están determinadas solamente por la resonancia del filtro, sino que dependen fuertemente del tiempo de vuelo en cuestión debido a condiciones cinemáticas y dinámicas que no son tenidas en cuenta en el tratamiento usual de datos. Se analizan ejemplos en los cuales el empleo de la aproximación de convolución conduce a resultados erróneos, y se muestra que éstos tienen la misma tendencia y son muy similares a supuestos resultados anómalos atribuidos en numerosas publicaciones al descubrimiento de nuevos fenómenos físicos. Por ejemplo, para el caso de mezclas de agua liviana y agua pesada se presentan resultados de simulaciones que reproducen el comportamiento de las supuestas anomalías informadas para el cociente entre la sección eficaz del hidrógeno y la del deuterio. Además, se midieron las secciones eficaces totales de mezclas de tales líquidos y se obtuvieron resultados en perfecto acuerdo con los valores esperados, por lo que se concluye que estas supuestas secciones eficaces anómalas, informadas luego de emplear la aproximación de convolución para el procesamiento de los datos de eVS, son inexistentes. La ausencia de anomalías en las secciones eficaces totales de tales mezclas proporciona clara evidencia experimental de la invalidez del formalismo de convolución usualmente empleado para el procesamiento de los datos de eVS. En vista de la principal motivación que dio origen a la técnica de eVS, y ante la clara invalidez de la aproximación de convolución, se presenta por primera vez el formalismo exacto que permite obtener las distribuciones de impulsos nucleares en la materia condensada a partir de los perfiles de intensidad experimentalmente observados. Dicho formalismo, válido para una distribución de impulsos arbitraria, no requiere la hipótesis de potenciales armónicos e involucra un núcleo de integración que, mediante expresiones analíticas, depende sólo de las características del instrumento y es independiente de las características de la muestra. El trabajo realizado, además de mostrar la magnitud de las imprecisiones del formalismo de convolución, sienta las bases para un correcto tratamiento de los datos obtenidos con esta técnica. En el plano experimental, se ha implementado con éxito la técnica de eVS utilizando el acelerador LINAC del Centro Atómico Bariloche como base para la producción de neutrones en forma pulsada, estableciéndose así el segundo laboratorio de investigación activo en este campo. Las simulaciones realizadas por Monte Carlo muestran un muy buen acuerdo con los resultados experimentales. Estos resultados ponen de manifiesto la importancia de seleccionar muestras de un espesor adecuado, efectuar correcciones por scattering múltiple y atenuación en la muestra, y de emplear el formalismo exacto, para lo cual es necesario caracterizar detalladamente los diferentes elementos que componen el dispositivo experimental. Sobre la base de la experiencia adquirida, se describen las importantes mejoras introducidas en la implementación de la técnica de eVS en nuestro Laboratorio, entre las que se destacan la construcción de un nuevo banco de detectores como así también la adquisición de nuevos filtros de distinto material y espesor. Se indican las características del nuevo espectrómetro de eVS construido en el marco del presente trabajo, luego de un diseño original en el cual los diferentes parámetros han sido optimizados específicamente para su empleo en el LINAC del CAB. Se discuten algunos de los resultados esperados con este nuevo dispositivo experimental, y se analizan cuales son las principales perspectivas y futuras investigaciones empleando la técnica de eVS, entre las que se destacan: el estudio de la dinámica de diferentes nucleos en diferentes sistemas, la obtención de valores absolutos de secciones eficaces de scattering en el rango epitérmico, y la espectrometría de masa no destructiva (tanto en forma relativa como absoluta), entre otras aplicaciones |
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