Espectroscopía de resonancia de neutrones con láser de disparo único para la determinación de temperatura. Copyright: 2024 Yogo et al., Espectroscopia de resonancia de neutrones impulsada por láser de disparo único para perfiles de temperatura. Comunicaciones de la naturaleza (10.1038/s41467-024-49142-y)
Desde luces LED hasta baterías, nuestras vidas están llenas de productos electrónicos y se están realizando esfuerzos para hacerlos más eficientes y confiables. Pero a medida que los componentes se vuelven más complejos, obtener mediciones confiables de la temperatura de elementos específicos dentro de un objeto puede convertirse en un desafío.
Esto es problemático porque medir la temperatura de un dispositivo es vital para controlar su rendimiento o el diseño de los materiales con los que está fabricado. Ahora, en un nuevo estudio de la Universidad de Osaka, se han utilizado neutrones para medir temperaturas de forma rápida y precisa, lo que en última instancia podría conducir a un mejor rendimiento de todo tipo de dispositivos electrónicos.
Ha habido varias formas de estimar la temperatura dentro de un dispositivo electrónico, pero ninguna de ellas ha podido proporcionar una medición rápida y directa. Este nuevo método utiliza una técnica llamada absorción por resonancia de neutrones (NRA). Al examinar los neutrones absorbidos por los núcleos atómicos en ciertos niveles de energía, se pueden deducir las propiedades de la materia.
Los neutrones de este estudio se generaron utilizando láseres de alta intensidad. Luego, los neutrones se desaceleran a un nivel de energía muy bajo antes de pasar a través de la muestra. La tecnología se ha probado utilizando placas de tantalio y plata, y se han logrado obtener detalles sobre materiales y temperaturas con una rapidez excepcional.
(a) Resultados experimentales de absorción de neutrones y ajuste del modelo utilizando RT (E, T) [Eq. (5)]. La temperatura de la plata se mantuvo a 296 K y el talio se calentó a 297, 361, 413, 474, 573 y 617 K. (b) Vista Doppler teórica y resultados experimentales. Las barras de error de ancho Doppler dependen del error de ajuste y del nivel de ruido de la señal original. La temperatura de cada punto de datos se midió mediante el termocable en el experimento. Copyright: 2024 Yogo et al., Espectroscopia de resonancia de neutrones impulsada por láser de disparo único para perfiles de temperatura. Comunicaciones de la naturaleza (10.1038/s41467-024-49142-y)
Los investigadores pudieron determinar la temperatura de las muestras porque la señal temporal de la NRA cambiaba de forma predecible cuando cambiaba la temperatura del material de la muestra.
«Esta tecnología permite una medición instantánea y precisa de la temperatura. Dado que nuestro método no es destructivo, puede utilizarse para controlar dispositivos como baterías y dispositivos semiconductores», explica Zichen Lan, autor principal del estudio.
Dado que la medición NRA se realiza con un solo pulso de neutrones, la técnica recientemente desarrollada puede obtener datos de temperatura en una ventana de tiempo de 100 nanosegundos, una diezmillonésima de segundo. Este resultado casi instantáneo significa que los cambios dentro del material se pueden medir casi en tiempo real, lo que permite un análisis detallado.
«El uso de láseres para generar y acelerar iones y neutrones no es nada nuevo, pero las técnicas que desarrollamos en este estudio representan un avance interesante», afirma el autor principal Akifumi Yugo. «Esperamos que la alta resolución temporal permita examinar la electrónica con mayor detalle». , ayúdenos a comprender las condiciones normales de funcionamiento e identificar anomalías”.
Configuración experimental para la generación de neutrones hidrotermales guiada por láser y la medición de la absorción de resonancia mediante el método TOF. Copyright: 2024 Yogo et al., Espectroscopia de resonancia de neutrones impulsada por láser de disparo único para perfiles de temperatura. Comunicaciones de la naturaleza (10.1038/s41467-024-49142-y)
Como ventaja adicional, el dispositivo de medición desarrollado por el equipo de investigación tiene aproximadamente una décima parte del tamaño de otros equipos similares, lo que significa que será fácil para laboratorios de otros lugares instalar sus propias versiones.
La capacidad de medir de forma rápida y precisa las temperaturas de funcionamiento de los dispositivos y los materiales de los que están hechos puede mejorar nuestra comprensión de cómo funcionan y se puede mejorar aún más en el futuro.
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Espectroscopia de resonancia de neutrones láser de un solo disparo para la determinación de temperatura, Comunicaciones de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49142-y
La fraseLos neutrones son una nueva y excelente forma de medir la temperatura de los componentes electrónicos (2024, 12 de julio) Obtenido el 12 de julio de 2024 de https://phys.org/news/2024-07-neutrons-hot-temperature-electronic-components.html
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