Ciencia en Grandes Instalaciones. El Laboratorio Argentino de Haces de Neutrones

• Definición de instalaciones de gran escala orientadas a la investigación. Ejemplos. Importancia de la infraestructura de gran escala para posibilitar investigación de vanguardia.
• Motivación para construir y sostener ciencia en grandes instalaciones. Impacto en avances científico-tecnológicos reales. Abordaje de los desafíos sociales actuales. Promoción de interdisciplinariedad, colaboraciones, intercambio de saberes. Beneficios en términos de innovación y de derrame económico, industrial.
• Desafíos: consideraciones financieras, complejidad tecnológica, desafíos de la ingeniería. Sustentabilidad: operación, mantenimiento, red colaborativa, gobernanza.
• Internacionalización: asociatividad, redes globales de colaboración, ligas mayores, diplomacia científica, inversiones multinacionales. Ejemplos e iniciativas.
• Tendencias, tecnologías emergentes. Integración de grandes instalaciones con Big Data, AI y computación de alta prestación.
• El LAHN en el contexto de las Grandes Instalaciones.

Neutrones, fuentes de neutrones y técnicas neutrónicas

• Presentación general de fuentes de neutrones basadas en reactores y en aceleradores.
• Características de los haces de neutrones generados en cada caso.
• Manipulación y conformación de haces de neutrones para diferentes requerimientos experimentales.

Interacción de los neutrones con la materia: Teoría de Scattering

• Tipos de interacción.
• Fenómenos de absorción, dispersión, reflexión y transmisión.
• Fenómenos de scattering: scattering elástico, scattering inelástico, scattering difuso, scattering de bajo ángulo.
• Conceptos de sección eficaz.
• Generalidades sobre la información obtenida en cada caso.

Configuraciones experimentales - Instrumentación neutrónica - Preparación y entornos de Muestra

• Abarca hardware, software y diseños experimentales que permiten realizar estudios basados en haces de neutrones. Componentes ópticos fundamentales: guías, colimadores, monocromadores y analizadores.
• Su impacto en el control de parámetros físicos de interés: energía incidente, dirección, longitud de onda, distribución de energías. Tipos de detectores y su impacto en la calidad de datos y tiempo de medición.
• Relación con los requerimientos de las diversas técnicas.
• Entornos de muestra. Control de las condiciones termodinámicas de una muestra durante un experimento. Criterios de selección de diversos entornos de muestra.
• Sistemas de adquisición de datos, fundamentos generales. Iniciativas más generalizadas.
• Aspectos de configuración: resolución instrumental, relación señal-ruido, resolución temporal, calidad de datos.
• Procedimientos de alineación y calibración.

Dispersión por Materiales Cristalinos

• Sección eficaz elástica coherente e incoherente.
• Arreglos periódicos de centros dispersores.
• Factor de estructura y red recíproca.
• Aspectos experimentales – instrumentación: difractómetros en reactores (CW) y en aceleradores (ToF).
• Tipos de difractómetros, componentes principales y su impacto en un experimento.

Difracción de Neutrones

• Difracción de materiales policristalinos / polvos
• Difracción de Neutrones y Estructuras Magnéticas
• Difracción de materiales policristalinos / objetos
• Difracción con resolución espacial
• Análisis de tensiones y texturas
• Talleres: Taller de Método Rietveld para análisis de difracción de polvos / Taller de tratamiento de datos de medidas de tensiones residuales en Objetos
• Experimento: (Tensiones residuales en muestras macroscópicas)

SANS

• Vector de scattering. Variación de contraste. Forma y tamaño de partículas: impacto en su difracción a pequeño ángulo.
• Régimen de Guinier. Relevancia. Formulación matemática e interpretación de datos. Ejemplos.
• Ley de Porod. Relevancia. Formulación matemática, relación con la estrucutura. Interpretación de datos. Ejemplos.
• Ajuste de modelos y estimación de parámetros. Calibración y normalización de datos.
• Aspectos experimetales de SANS. Colimación, preparación de muestras. Concentración de muestras. Optimización de setup para diversos experimentos.
• SANS con resolución temporal y con variación de temperatura. Técnicas complementarias (SAXS, USANS)
• Experimento de SAXS y USAXS
• Taller-tutorial de tratamiento de datos de SANS

Técnicas de Imágenes

• Introducción a las técnicas de imágenes como no-destructivas. Comparación con otras radiaciones. Ventajas de la interacción de los neutrones con la materia para su aplicación en imágenes. Impacto de la energía de los haces de neutrones en las capacidades de la técnica.
• Transmisión de Neutrones: Principios y Aplicaciones. Mecanismos de contraste. Neutrografía. Ejemplos.
• Tomografía de Neutrones. Imágenes 3D y métodos de reconstrucción. Combinación con mapeo de difracción.
• Aspectos instrumentales. Diseño y componentes, tipos de detectores, óptica y colimación: impacto en la resolución y en el contraste.
• Aplicaciones en Ciencia de Meteriales, ingeniería de componentes, tejidos biológicos, drug-delivery, patrimonio cultural y paleontológico.
• Experimentos de Neutrografía y Tomografía de RX
• Taller-tutorial de tratamiento de datos y reconstrucción tomográfica

Introducción a la Reflectometría

• Principios de la reflexión de neutrones. Reflectividad de Fresnel. Perfiles de reflectividad. Métodos de variación de contraste
• Determinación de espesores, rugosidad y propiedades interfaciales.
• Arreglo experimental para muestras sólidas y líquidas. Selección de sustratos, tamaño de muestras. Alineación. Efectos de rugosidad e interfaciales.
• Modelado y extracción de información estructural.
• Reflectometría de Neutrones Polarizados. Tipos de polarizadores y analizadores.
• Reflectometría no-especular y de incidencia rasante.
• Experimento de Reflectometría de RX
• Taller-tutorial de tratamiento de datos de reflectometría

Dispersión Inelástica de Neutrones

• Importancia de INS en el estudio de la dinámica de la materiales.
• Principales fundamentos para estudiar excitaciones y transferencias de energía. Reglas de selección.
• Diferentes instrumentos y técnicas de INS. Descripción de espectrómetros.
• Técnicas de adquisición de datos, sustracción de background, y otras correcciones.
• Reducción de datos para espectros de INS. Resolución instrumental
• Aplicaciones en materia condensada, ciencia de materiales, sistemas moleculares, etc.

Charlas Invitadas:

• A cargo de especialistas con experiencia en uso de técnicas neutrónicas, se presentarán ejemplos actuales de temas de investigación en curso, señalando avances novedosos en el área en cuestión.
• Pueden incluir:
  • Aplicaciones de TN en Biología y Materia Blanda
  • Aplicaciones de TN en Ciencia de Materiales
  • Aplicaciones de TN en Energía

Taller de Propuestas

• Los talleristas presentan una guía básica para escribir propuestas efectivas. Ejemplos reales, identificación de aspectos clave, sugerencias.
• Presentación y familiarización con plataformas de envío de propuestas. Mecanismos de presentación.
• Divididos en grupos de 3, los participantes seleccionan un problema científico real y realizan la simulación de una presentación de propuesta. Deberán seleccionar una técnica, un centro al cual aplicar, un instrumento real con sus características y diseñar un plan experimental con una exhaustiva justificación.
• La propuesta deberá ser defendida y será evaluada por un panel de docentes. Su calidad impactará en un 60% de la aprobación general de ETNA.

Bibliografía recomendada

• Institut Laue-Langevin - Neutron Data Booklet
• LANSCE - Neutron Scattering Primer
• Sivia, Deviderjit Singh. Elementary scattering theory: for X-ray and neutron users. Oxford University Press, 2011.
• Squires, Gordon Leslie. Introduction to the theory of thermal neutron scattering. Courier Corporation, 1996.
• Lovesey, Stephen W. \"Theory of neutron scattering from condensed matter. Vol. 1. Nuclear scattering.\" (1984).
• Practical Neutron Scattering at a Steady State Neutron Source, Tom Heitmann & Wouter Montfrooij