Способ определения пространственной структуры крупномасштабных неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния вещества Советский патент 1990 года по МПК G01T1/32 

.- 5

змруют положение спина нейтронов. Если пучок рлспрогтрлняется вдоль у-оси и гтоляризапип пучка направлена в z- напрлплении, г(Л -т ит1гое поле В of (у)Г,()е , должно иметь следующие свойства. Поле должно быть зеркально симметрично к Y, Z-гглоскости, в пределах сечения щелевого пучка поле направлено в х-направлении, гра- .Q диент поля cPf/cly должен обеспечивать неадиабатическое поведение нейтронного спина при переходе в поле и из него, градиент полп надо выбрать так, что для среднего угла рассеяния j получится разница в углах прецессии Л дотя средней длины волны. Методом техники времени пролета при экс- периме1гте с образцом с помощью спин- с}хпиппера измеряют дна спектра време- 20 ни пролета N (А) и К(Л) в ±г-направ- лении поляризации Р падающего пучка. Из этого следует поляризация рассеян- ного пучка - Г (Г,-Н)/(К +N) .i

Аналогичный эксперимент при таком же 25 магнитном поле, но без образца, дает поляризацию Pp. Так как направление поля перпендикулярно направлению спина, спин нейтрона осуществляет пре- цесс1-по в неоднородном поле, от чего 30 возникают осцилляции в спектрах поляризации Р(Л) и РО(Д). При эксперименте без образца нейтроны прямого пучка проходят через поле на траекториях почти параллельными осями, измеряются -jg поляризация Р„(д). При эксперименте с образцом прямой пучок после рассеяния состоит из смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно в силу ко- . 0 нечной апертуры входа в анализатор или детектор. Измеряется поляризация Р(Д). Рассеянные нейтроны проходят через поле на других траекториях, для

ствителр.н на изменение импульса при упругом рассеянии нейтронов следовало бы, что ВР(Л) 0. Но с помопью моделирования эксперимента можно доказать DP(А) О, причем в спектре деполяризации также возникают уже названные осцилляции. Этот результат подтверждается первым экспериментом.

Таким образом, магнитное поле особой формы дает зависимость угла прецессии спина нейтрона от угла рассеяния. Один эксперимент при использовании одного детектора и при использовании полной интенсивности,прямого пучка нейтронов дает информацию о малоугловом рассеянии, из которой возможно извлечь параметр: функции рассеяния.

На фиг. 1 представлена экспериментальная установка; на фиг. 2 - принцип действия установки по фиг. I; на фиг. 3 - зависимость эффекта депо- ляриза1щи от доли рассеянньгх нейтро- .

Установка содержит поляризатор 1, диафрагму 2, спинфлиппер 3, образец 4, магнит 5, анализатор 6, детектор 7. Распространение белого пучка поляризованных нейтронов происходит в у-направлении. Поляризатором I образуется щелевой пучок, который поляризован в z-направлении. С помог1ьк) диафрагмы 2 пучок ограничивается в z- направлении. Спинфлиппер 3 позволяет вращать вектор поляризации на угол 1Г, В неоднородном поле магнита 5 происходит прецессия спинов после рассеяния нейтронов на образце 4. Анализатором 6 анализируется положения спинов после рассеяния и после прохождения нейтронов через неоднородное поле. fleTBicfop 7 регистрирует интенсивность пучка нейтронов как в зависикоторых значение интеграла по пути в д мости от длины волны, так и в зависи- поле оказывается меньше. Это вызывает уменьшение угла прецессии спина и из-за этого изменение спектрального распределения интенсивности нейтронов, которое выражается в виде изме- нения Г(А) по отношению к Рр(д), Разница DP(А) обоих спектрив поляризации, нормированная на поляризагли падающего пучка РО«() т.е. спектр де- )попяриэации DP(A) - (Р(Л)-Ро(М/.55

() содержит ушформацш Э о мало- углевом рассеянии нейтронов. Для однородного магнитного поля или в случае, когда предложенный способ нечувмости от z-компонента снина.

Фиг. 2 поясняет принцип действия предложенного способа.

После прохождения через образец пучок нейтронов состоит из смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно. Рассеянные нейтроны проходят через поле B(z), неоднородное в z-направлении, иа траекториях, для которых значение интеграла по пути уменьшается, В результате этого закономерно возникает деполяризация пучка Heift- тронов.

5

.Q j 20 i

25 30 -jg . 0

ствителр.н на изменение импульса при упругом рассеянии нейтронов следовало бы, что ВР(Л) 0. Но с помопью моделирования эксперимента можно доказать DP(А) О, причем в спектре деполяризации также возникают уже названные осцилляции. Этот результат подтверждается первым экспериментом.

Таким образом, магнитное поле особой формы дает зависимость угла прецессии спина нейтрона от угла рассеяния. Один эксперимент при использовании одного детектора и при использовании полной интенсивности,прямого пучка нейтронов дает информацию о малоугловом рассеянии, из которой возможно извлечь параметр: функции рассеяния.

На фиг. 1 представлена экспериментальная установка; на фиг. 2 - принцип действия установки по фиг. I; на фиг. 3 - зависимость эффекта депо- ляриза1щи от доли рассеянньгх нейтро- .

Установка содержит поляризатор 1, диафрагму 2, спинфлиппер 3, образец 4, магнит 5, анализатор 6, детектор 7. Распространение белого пучка поляризованных нейтронов происходит в у-направлении. Поляризатором I образуется щелевой пучок, который поляризован в z-направлении. С помог1ьк) диафрагмы 2 пучок ограничивается в z- направлении. Спинфлиппер 3 позволяет вращать вектор поляризации на угол 1Г, В неоднородном поле магнита 5 происходит прецессия спинов после рассеяния нейтронов на образце 4. Анализатором 6 анализируется положения спинов после рассеяния и после прохождения нейтронов через неоднородное поле. fleTBicfop 7 регистрирует интенсивность пучка нейтронов как в зависимости от длины волны, так и в зависи- мости от z-компонента снина.

Фиг. 2 поясняет принцип действия предложенного способа.

После прохождения через образец пучок нейтронов состоит из смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно. Рассеянные нейтроны проходят через поле B(z), неоднородное в z-направлении, иа траекториях, для которых значение интеграла по пути уменьшается, В результате этого закономерно возникает деполяризация пучка Heift- тронов.

На фиг. 3 слева направо изображен; зависимость деполяризации от доли рассеянных HefirpoHOB 0,25, 50 и 100, В верхней части картинки на основе равномерных угловых распределений рассеянных нейтронов в диапазоне угла от -5 +5 10 радиан и нерассеянных нейтронов в диапазоне угла от -5 +5 I 0 радиан изображена относительная интенсивность падаю1 1его пучка. В ш-стсней части картинки изображены соответствующие спектры деполяризации, нормированные на спектры эксперимента без образца, в зависимости от длины волны Л, Спектры показывают выраженную структуру осцилляции, причем амплиту ды растут с увеличением доли рассеян ных нейтронов. Значения в амплитудах деполяризации и соответствующее значение длины волны используются для определения параметров функции рассеяния.

Обнаружение эффекта дeпoляpизaци f при малоугловом рассеянии поляризованных нейтронов было достигнуто с помо1 ;ью моделирования таких экспериментов, причем в основе расчета лежали пapa leтpы спектрометра поляризованных нейтронов СПН-1 на импульсном реакторе ИБР-2 ОПЯИ. При использовании метода Монте-Карло на ЭВМ СДС-6500 проведены систематические исследования зависимости эффекта деполяризации от геометрических параметров эксперш- ента рассеяния, от параметров рассеяния и от параметров неоднородного магнитного в диапазоне длин волн от 1 до 6 А. В результате этих исследований доказано, что структура спектров деполяризации чувствительно зависит от параметров рассеяния. Кроме того, дополнительно оп ределены оптимальные параметры неоднородного магнитного поля. При сечении пучка нейтронов 0,01 м 3(J4)eKT деполяризации максимальньй при напряжении поля 0,02 Т и при длине поля в направлении распространения пучка 0,01 м с полугл1риной неодиородности в z-направлении 0,03 м.

Обнаружение закономерного эффекта деполяризации со структурой, которая зависит от свойств взаимодействия с образцом означает, что бео всякого изменения в расположении элементов спектрометра, только с помощью добавления неоднородного магнитного

982456

поля в одном иормпроплппом 4K(-i;i |iiiменте с oдни детекп-ором р прямом пучке возможно измери1-ь малоуглпиос

|. рассеяние поляризованных пейтропоп :- больсюй светосипой пучка, /lonojiint- тельное пренгтупество способа состоит в том, что на результат и- мерония не влияют свойства nponycicainiM поляри10 затора и анализатора и 1лкже не влияет эффективность спинфлипттора.

Эффект рассеяния получлетси п виде разности двух спектров П(Д) ) - Н(Л), измеренных без обрлз15 ца ,и с образцом. Значение о D/N j, характеризует откосительнЕ.и эффект рассеяния.

В случае прототипа премя измерения для достижения задшпюГ относите. тьной

20 статисти 1еской шмибки /1D/D пропорционально Т -(2 -o(,)/(.

В случае предтюженного способа измеряют осциллируюпие спектры, причем при измерении без образца место

25 Np - N в минимумах. Время Т1змерения для дост1-1жепия такой же ошибки пропорционально Т , (с{/ъ ).

Сравнение обоих способов дает отношение времен измерения

30 о(/(2 -с/). Когда например эффе:кт рассеяния с/ 0,1, тогда отношение времен Тг/Т, 0,05.

Из этого следует, что предложенный .jg способ оказывается на один порядок эффективнее других методов.

Формула изобретения

40 Способ определения пространственной структуры крупноь ас1Ч -лбпьгх неод- нородностей Надатомньк размеров конденсированного состояния вещества, ocHOBaHiarfi на облучении вещества по45 ляризованными медленными нейтронами и регистрации рассеянных нейтронов, отличаюп(ийся тем, что, с целью повьпиения достоверности определения структурных параметров ве50 щества путем расширения диапазона углов рассеяния медленных нейтронов в область угловых минут и повьачения светосилы, поляризованные нейтроны - после прохождения исследуемого ства вводят неадиабатически в область магнитного поля, которое неоднородно, направлено перпендикулярно к плоскости поляризации пучка пс-йтронов и симметрично относительно плоскости

симметрии пучка, затем пропускают через анализатор поляризагши нейтронов, измеряют энергетическую зависимость поляризации пучка нейтронов с веществом и без вепества методом времени . 1ролета, определяют относительное изменение энергетической з ависимости поляризации пучка нейтронов с веществом и без вещества, а по нему -, функцию рассеяния 8(зе.), из которой определяют пространственную структуру неоднородиостей вещества.

Изобретение относится к методам исследования структуры весчества, более конкретно - к способам определения пространственной структуры крупномасштабных неоднородностей надатом- Hbtx размеров конденсированного состояния вещества. Целью изобретения явИзобрстение относится к экспериментальной нейтронной физике, а именно к той ее части, в которой используются поляризозанные нейтроны, и может бьп ь использовано в зксперимен- так, имеющихцелью исследования структуры вещества методом малоугловаго рассеяния нейтронов. Целью изобретения является повмпе- ние достоверности определения структурных параметров вещества путем рас- . сиапазона углов рассеяния в ляется повыиение достоверности определения структурных параметров вещества. Цель достигается тем, что поляризованные нейтрон1 | после прохождения исследуемого вещества вводят неадиабатически в область магнитного поля, которое неоднородно, направлено перпендикулярно к плоскости поляризаоди ггучка нейтронов и симметрично отно-, сительно плоскости симметрии пучка,- затем пропускают через анализатор поляризации нейтронов, измеряют энергетическую зависимость поляризации пучка нейтронов с веществом и без вещества методом времени пролета, определяют относительное изменение энергетической зависимости поляризации пучка нейтронов с ве1чеством и без вещества, а по нему - функцию раасея- ния S(x), из которой определяют про- странственную структуру неоднородностей вещества. Изобретение позволяет повысить эффективность метода на порядок выие известных методов. область угловьсх минут и увеличения светосипы. Повышение достоверности информации о структуре достигается тем, что используют неоднородное магнитное поле особой формы, которое ставят в небольшом расстояние после места расположения образца. Как в эксперименте бея образца, так и в эксперименте с образцом поляризованный пучок 1гейтро- нов широкого диапазона длин волн пропускают через это поле и зятем лнали§ а с 4 СО 00 IN5 4 сл

I

Фие.2

гг.

о л

-f,:

. . ft А .f.;V4J

t /1 „ /

ие.З

/.«,

.

.„ г

.4

X

. i

х

4