ALEJANDRO SANZ PARRAS

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Blanca Aranda Ramos
hace 6 años
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1 Fuentes de Neutrones: Aplicaciones a la Física de la Materia Condensada Blanda ALEJANDR SANZ PARRAS Departamento de Física Macromolecular Grupo de dinámica y estructura de la materia condensada blanda X CURS DE INICIACIÓN A LA INVESTIGACIÓN EN ESTRUCTURA DE LA MATERIA: DE LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES A LS SISTEMAS DE ALT PES MLECULAR Madrid, Marzo, 2013

2 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES MATERIA CNDENSADA BLANDA APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA

3 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES Instalaciones científicas excepcionales Surgen para dar servicio a las necesidades de la comunidad científica y de la sociedad en general Afrontan retos científicos que requieren un alto esfuerzo tecnológico Se estimula la colaboración internacional Se requiere una alta inversión: dinamizadores de la economía

4 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES PRBLEMA CIENTÍFIC TECNLÓGIC REQUERIMIENT DE UNA GRAN INSTALACIÓN CIENTÍFICA EVALUACIÓN DE LA PRPUESTA PR UN CMITÉ DE EXPERTS ELABRACIÓN DE UNA PRPUESTA PARA LA REALIZACIÓN DEL EXPERIMENT REALIZACIÓN DEL EXPERIMENT ANÁLISIS DE LS DATS PUBLICACIÓN?

5 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES Evolución de la producción científica española en técnicas neutrónicas PUBLICACINES Adhesión de España al Instituto Laue Langevin (Francia) como miembro científico asociado AÑ Fuente WEB F KNWLEDGE (THMSN REUTERS)

6 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES - Estado estructural del material El neutrón como sonda - Dinámica microscópica con información geométrica y temporal - Estructuras magnéticas - longitudes de onda entre 0.1 y cientos de Å Posibilidad de realizar experimentos bajo condiciones extremas de Temperatura Presión Campo Magnético - energías entre 1 mev y 0.1 µev - masa = 1.6 x Kg - carga neutra - espín 1/2 - Interacción puntual con los núcleos atómicos

7 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES PRDUCCIÓN DE HACES DE NEUTRNES REACTR: reacción de fisión nuclear en cadena 1-2 MeV 235 U

8 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES REACTR: reacción de fisión nuclear en cadena FRM II Munich (Alemania)

9 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES PRDUCCIÓN DE HACES DE NEUTRNES Fuente de Espalación: extracción de neutrones sin desintegración nuclear protones alta energía diana de átomos pesados (W, Hg) neutrones de alta energía (MeV) proceso de moderación, enfriamiento o ralentización (D 2, CH 4, H 2 ) conducción de los neutrones hacia las guías experimentales

10 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES Fuente de Espalación: extracción de neutrones sin desintegración nuclear ISIS xford (Reino Unido)

11 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES DISPERSIÓN DE NEUTRNES detector E f k f hq =h ( ) k f k i E i k i Q Transferencia de Momento muestra hω =h 2 ( 2 2 k )/ m kf i 2 Intensidad de neutrones en función de Q y ω Transferencia de Energía ω = 0 dispersión elástica ω 0 dispersión inelástica ω ~ 0 dispersión cuasielástica

12 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES Neutrón dispersado Neutrón incidente muestra Longitud de onda λ Espectrómetros de Retrodispersión Ley de Bragg Analizador de Si (1 1 1) λ k r i λ=2d sin(θ) k r f muestra Θ d Cristal de grafito λ ± λ 180 º Si (1 1 1) en movimiento efecto Doppler s

13 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES Neutrón incidente muestra Neutrón dispersado Espectrómetros de NEUTRN SPIN ECH Velocidad del neutrón: Spin Campo magnético B1 muestra Campo magnético B2 Información de la dinámica en el dominio de tiempos s Dependencia temporal de la función de correlación de pares o densidad-densidad Perdida de polarización neutrones con distinta orientación de spin intercambio de Energía

14 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA N SN SIMPLES LÍQUIDS N SN SÓLIDS CRISTALINS CNVENCINALES LNGITUDES DE ESCALA INTERMEDIAS Y MVIMIENTS BRWNIANS: CAPACIDAD DE AUTENSAMBLAD SUTIL BALANCE ENERGÍA-ENTRPÍA: CMPLEJS DIAGRAMAS DE FASE, ESTRUCTURAS JERARQUIZADAS A DISTINTAS LNGITUDES DE ESCALA EN BÚSQUEDA DEL EQUILIBRI - Polímeros Amorfos y Semicristalinos - Membranas y Sistemas Biológicos - Disoluciones Micelares - Cristales Líquidos - Cristales Plásticos

15 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA A A A A A A A A A A polímero amorfo en situación de ovillo estadístico C C (CH 2 ) 2 n Poli(etilen tereftalato) polímero semicristalino alternancia amorfo/cristal CNFINAMIENT

16 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA Espectroscopia de retrodispersión de neutrones Intensidad de neutrones dispersada resolución experimental 400 K 450 K 500 K C C (C H 2 ) 2 n IN10 Institut Laue Langevin Grenoble (Francia) transferencia de energía (µev)

17 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA S (Q,ω) (arbitrary units) K 1.85 Å Å Å Energy transfer (µev) S inc Data Elastic Quasielastic Fit C ( Q, ω) EISFδ ( ω) + ( 1 EISF) 1 π Γ Γ( ω) ( ω) + ω = L C (C H 2 ) 2 n τ Dinámica de la cadena polimérica r 0 r 0 τ τ

18 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA C C (CH 2 ) 2 Poli(etilen tereftalato) n NEUTRN SPIN ECH 1.0 S S pair pair β ( Q, t) t ( ) = f Q ( T )exp Q,0 τ s ( T ) 0.8 S pair (Q,t)/S pair (Q) Reseda FRM II Munich (Alemania) time (ns)

19 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA C C NEUTRN SPIN ECH (CH 2 ) 2 n S pair (Q,t)/S pair (Q) S S pair pair β ( Q, t) t ( ) = f Q ( T )exp Q,0 τ s ( T ) FRM II Munich (Alemania) time (ns)

20 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA α Dielectric β Dielectric Neutron Spin Echo VFT behaviour Arrhenius IN10 MAPA DE RELAJACIÓN log/τ (s) /T (K -1 ) C C (CH 2 ) 2 n Poli(etilen tereftalato) semicristalino

$APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA Shull (difracción de neutrones) Nobel en Física 1994 Brockhouse$

21 APLICACINES DE LS HACES DE NEUTRNES LA FÍSICA DE LA MATERIA CNDENSADA BLANDA Shull (difracción de neutrones) Nobel en Física 1994 Brockhouse (espectroscopia de neutrones) Nobel en Física 1991 de Gennes (materia condesada blanda) Nobel en Química 1974 P. J. Flory (química física de Polímeros)

22 Departamento de Física Macromolecular Grupo de dinámica y estructura de la materia condensada blanda alejandro.sanz@csic.es

investigación con Técnicas neutrónicas en España

23 GRANDES INSTALACINES CIENTÍFICAS: FUENTES DE NEUTRNES citas Perspectiva histórica de la investigación con Técnicas neutrónicas en España Dossier de la Sociedad Española de Técnicas Neutrónicas, 2009

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