استفاده از شیوه «زمانِ پرواز» در پراشِ چشمه‌های تپی نوترون

اخیراً تولید چشمه‌های تپی نوترون با شتابگرها، به عنوان بدیل چشمه‌های رآکتوری، باعث شده است که روشهای زمان پروازی پراش نوترونها دو باره مورد توجه فرا گیرند. بنا بر مکانیک کوانتومی، نوترونها خواص موج گونه دارند: با تاباندن نوترونها به یک نمونه و مشاهده پراش آنها می‌توان اطلاعاتی در باره ساختار بلوری نمونه به دست آورد.
در «چشمه تپی پر توان نوترون» (I P N S) در آزمایشگاه ملی آرگون، پروتونهای خاصل از یک سینکروترون، با انرژی 500 مگا الکترون ولت به هدف فلزی بر می‌خورند و فورانهای کوتاه و شدیدی از نوترونها را در گستره وسیعی از انرژیها ایجاد می‌کنند. این انرژیها را می‌توان با مشاهده زمانی که طول می‌کشد تا نوترونها مسیر پرواز مشخص را طی کنند اندازه گیری کرد.
در روش زمان پرواز با پشمه تپی، با استفاده از مسیرهای پرواز طولانی، به درازای 20 متر، می‌توان تفکیک انرژی بالایی را برای نوترونها به دست آورد. هم چنین عرض تپ حاصل از چشمه به گونه‌ای تغییر می‌کند که تفکیک برای گستره وسیعی از طول موجها ثابت است. معلوم شده است که این مشخصه‌های تفکیکی برای اندازه گیری تنشهای باقی مانده در جامدات کپه‌ای ایده‌آل هستند. این اندازه گیریها، با بررسی انتقالهای کوچک در تعدادی از قله‌های براگ، که در نقشهای پراش ظاهر می‌شوند، انجام می‌شوند. تفکیک بالای «پراش سنجهای پودری» را در مطالعه ساختار بلوری جامدهایی که نمی‌توان آنها را به صورت تک بلور به دست آورد نیز به کار می‌گیرند. با تحلیل کامپیوتری نقش پراش که نوعاً شامل صدها و یا هزاران باز تاب براگ روی هم افتاده است، مکان دقیق اتمها تعیین می‌شوند.تخلیلهایی با بیش از 100 پارامتر متغیر به نتایجی منجر می‌شوند که دقت آنها با دقت پراش حاصل از تک بلورها قابل مقایسه است. این کار در مطالعه بسیاری از مواد مهم صنعتی، از جمله رساناهای یونی، ترکیبهایی که در آن هیدروژن انبار می‌شود، ابر رساناها و کاتالیزورها، دارای اهمیت است.
روش زوان پرواز با چشمه تپی، در مطالعه پراش نوترون از مواد بی شکل نیز بسیار سودمند بوده است. غرض از انجام اندازه گیری پراش بر روی سیستم بی شکل، ساختن یک تابع توزیع شعاعی است که بتواند چگالی اتمها را به صورت تابعی از فاصله تا یک اتم مرجع در ساختار بیان کند. با کوتاه‌تر شدن طول موج نوترونها و یا، به عبارت دیگر، با زیاد شدن انرژی نوترونها، تابع توزیع شعاعی دقیقتر می‌شود. چشمه‌های تپی، نوترونهایی با طول موجهای کوتاه که در رآکتورها موجود نیستند ایجاد می‌کنند و این امر سبب می‌شود که تفکیک فضایی تابع توزیع شعاعی با ضریب 3 یا بیشتر افزایش یابد.
چشمه تپی موجود در شتاب دهنده خطی الکترون (L I N A K) سی صد مگا الکترون ولتی دانشگاه توهوکو در ژاپن، که از یک وسیله زمان پرواز نسبتاً ساده و شارهای نوترونی پایین استفاده می‌کند، این پیش رفت قابل توجه در تابع توزیع شعاعی را برای تعدادی از سیستمهای اریخت به خوبی نشان می‌دهد. پیش رفتهای مشابهی در مطالعه مایعات در تسهیلات W N R (تحقیقات نوترونی تسلیحاتی) در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس مشاهده شده است که با به کار گیری کسر کوچکی از باریکه حاصل از شتاب دهنده L A M P F کار می‌کند.
وسایل زمان پروازی پراش که اکنون در چشمه‌های تپی نوترون در ایالات متحده، ژاپن و انگلستان کار می‌کنند بسیار موفق هستند و از قایتهای منحصر به فردی برخوردارند. ر آینده تسهیلات جدیدی در آزمایشگاه رادر فورد در انگلستان و آزمایشگاه ملی لوس آلاموس به کار خواهند افتاد که شارهایی ده‌ها برابر I P N S در آرگون عرضه می‌کنند. آرگون چشمه تپی نوترون جدیدی را پیشنهاد کرد که شار آن 200 برابر شار I P N S است. چنین شارهایی علاوه بر امکان پذیر کردن استفاده از تفکیک بالاتر، نمونه کوچکتر و محیطهای استثنایی‌تر برای نمونه‌ها، زمینه‌های تحقیقی جدیدی نیز (مثل مطالعه پدیده‌های وابسته به زمان)برای پراش نوترونها خواهند گشود. بنا بر این انتظار می‌رود پیش رفتهای پراش زمان پروازی حتی از پیش رفتهایی که در سالهای قبل مشاهده شد برجسته‌تر باشند.