Устройство для получения нейтронного изображения Советский патент 1987 года по МПК G21K1/06 

Устройство относится к оптике ультрахолодных нейтронов (УХН) и может быть использовано для создания нейтронно-оптических приборов, в том числе нейтронного микроскопа.

Целью изобретения является ускорение процесса регистрации нейтронного изображения путем увеличения светосилы устройства.

На фиг. 1 приведена схема устройства для получения нейтронного изображения; на фиг. 2 - возможное расположение предмета и зеркал с отражающими поверхностями в виде тел вращения, на фиг. 3 - пример траектории нейтрона.

Устройство состоит из нейтроновод 1, подводящего ультрахолодные нейтроны к вакуумной камере 2, в которой расположено не менее двух зеркал, причем все они имеют общую вертикальную ось симметрии, и, по крайней мере, два из них, например.

ближайшие к изображаемому объекту 3 зеркала 4 и 5 имеют форму тел вращения. Одно из этих зеркал вогнутое - 4, а другое выпуклое - 5. За системой зеркал расположен регистратор нейтронного изображения 6, состоящий, например и подвижной анализирующей щели, нейтроновода и пропорционального счетчика - детектора УХН. Зеркалом придана такая форма, что для всех траекторий нейтррнов, вышедших из точки на оси, лежащей в плоскости объекта 3, и проходящих после отражения в зеркалах 4,5 через одну и ту же точку изображения, также лежащую на оси, выполняется условие

sinei, - -S5- sinei2 где «:, и od 2

углы траектории с осью симметрии соответственно в плоскости изображаемого объекта и в плоскости и бражения; g - ускорение свободного

падения; V - скорость нейтрона в

плоскости объекта; К - оптическое увеличение , h h2 - h,, где hj - высота расположения изображения; h, - высота объекта.

В частности, в одном из вариантов устройства выпуклое и вогнутое зеркала имеют равные параксиальные ра

диусы кривизны, составляющие 0,79196 см.

Для прохода лучей в центре выпуклого зеркала имеется отверстие диаметром 0,14 см, а в центре во гнуто- го - отверстие с диаметром 0,35 см (фиг. 2). Расстояние AjSi от источника до первого зеркала равно 0,68606 см, расстояние 8,5 между вершинами зеркал составляет 0,56 см. При этом расстояние по вертикали между точками А, и А равно 7,02716 см. Форма зеркал, удовлетворяющая выражению (1), определена численным путем в цилиндрических координатах в виде

Вр + Ср + DP® +

5

0

5

разложения Z Ар +

+ ЕР%,.. (2)

где Z и р - координаты в полярной системе координат.

Соответствующие коэффициенты в разложении (2) для обоих зеркал равны для первого зеркала (4): А, 0,6313453, В, 0,2931465, С, 0,2815902, D, 0,2763739, Е, 0,7955593, для второго зеркала (5): Aj А,, В, 1,7804592, С 8,6071278, D2 47,378275, Е 711,81775.

I Все размеры в (2) даны в сантиметрах. Диапазон апертурных углов объектива 14,7-30,5.

Устройство работает следующим образом.

Нейтроны от объекта, расположенного в плоскости, проходящей через точку А, на оси, последовательно отражаются- от вогнутого и выпуклого

0 зеркал с вершинами в точках S, и Sj и попадают в плоскость изображения, проходящую через точку Ag, где и регистрируются „ Положение зеркал и радиусы их кривизны вблизи оси (парак5 сиальные радиусы кривизны) задаются исходя из требуемого значения оптического увеличения, желаемого взаимного расположения объекта и его изображения так, как это обычно делается

0 при расчете любой оптической системы. После того, как эти параметры определены, требование выполнения условия (1) требует и вполне определенной формы поверхностей обоих зер5 кал (2). Расчетом проверено возможное разрешение объектива в проецирующем режиме с увеличением х 25 и полем в плоскости объекта 0,75 х 0,75 см при использовании монохроматических

3 1 нейтронов со скоростью 6 м/с (длина волны Л 660 А). Расчетное разрешение составило 1,4 мкм .на краю поля, а в центре поля имело волновое ограничение. В приведенном примере уст- ройства не бьти приняты меры по ах- роматизации, что можно сделать, увеличивая число зеркал,, тем не менее, как показывают расчеты, при использовании немонохроматических нейтро- нов в диапазоне длин волн 630-690 А разрешение в центре поля и на краю составляет 1,36 и 2,8 мкм соответственно.

Сравнение устройства, приведенно- го в примере, с прототипом показывает, что оно имеет существенно большую апертуру и, как следствие, светосилу. Диапазон рабочих углов у прототипа составлял 4-6,7 . Сле- довательно, достигнуто увеличение светосилы примерно в двадцать раз. Соответственно в двадцать раз ускоряется процесс регистрации изображения.

Формула изобретения

1. Устройство для получения нейтронного изображения, содержащее под- водящий нейтроновод, вакуумную камеру, в которой расположено не менее двух зеркал, имеющих общую вертикальную ось симметрии, по крайней мере, два из них имеют форму тела вращения

224

а одно - центральное отверстие, а также регистратор нейтронного изоб{)а жения, отличающееся тем, что, с целью ускорения процесса регистрации нейтронного изображения путем увеличения светосилы устройства, двум зеркалам придана форма поверх- ности 10 порядка, уравнение, которой в цилиндрических координатах имеет вид

Z Ар + Вр + Ср + Dp + ЕР где Z,р - координаты в полярной системе координат. А, В, С, D, Е- расчетные коэффициенты.

2. Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что в вакуумной камере расположены два зеркала, форма которых описывается соотно ше- ниями

Z, 0,6313453р + 0,2931465р + + 0,2815902р + 0,2763739р + + 0,7955593 р ,

Z 0,6313453 р + 1,78045920 4- + 8,6071278р + 47,378275р + + 711,81775р ,

где координаты поверхности зеркал Р и Z выражены в см, первое зеркало, на которое падают нейтроны, выполнено вогнутьм и №1еет центральное отверстие диаметром 0,14 см, а второе зеркало - выпуклое с отверстием диаметром 0,35 см, расстояние между зеркалами по вершинам 0,56 см, а. между источником нейтронов и первьм зеркалом 0,68606 см.

(f 0.ff}

Фиг.З

Изобретение относится к оптике ультрахолодных нейтронов. Цель изобретения - ускорение процесса регистрации нейтронного изображения путем увеличения светосилы. Устройство представляет собой вакуумную камеру 2 с подводящим нейтроноводом 1.Внутри камеры вдоль оси нейтронного пучка расположено не менее двух зеркал 4,5, одно из которых 4 имеет центральное отверстие. Устройство отличается от предшествующих тем, что двум зеркалам - вогнутому и выпуклому - придана форма поверхностей десятого порядка, причем коэффициенты в уравнениях поверхности зеркал рассчитаны с учетом гравитационной аберрации, что позволяет расширить угловой диапазон используемого пучка, т.е. увеличить светосилу устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ел

Редактор Н.Горват

Заказ 787/56Тираж 395Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

и«в.в. . --чем

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель В.Васильев

Техред В. Кадар Корректор А.Тяско