Устройство для получения нейтронного изображения

 

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

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) rSg4 G21К106

4 j

4 Ô

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3937829/24-25 (22) 28.06.85 (46) 15.03.87. Бюл. В 10 (72) А.Н.Стрепетов и А.И.Франк (53) 621.039.556(088 .8) (56) Патент Франции В 2.504.308, кл. G 21 К 1/06, 1982.

Арзуманов С.С. и др. Иногозеркальная оптическая система для получения нейтронного изображения — возможный прототип нейтронного микроскопа. Письма в ЖЭТФ, том 39, вып. 10, с. 486-488, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НЕЙТРОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ (57) 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 выпукломупридана 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 s.n. ф-лы, 3 ил.

1297122

sine(* К 1 — - - sin k

2БЬ . (1)

1 т где о, и ю — углы траектории с осью симметрии соответственно в плоскости изображаемого объекта и в плоскости изображения; — ускорение свободного падения;

" скорость нейтрона в плоскости объекта; — оптическое увеличение, — h<, где h< — высота расизображения, h — высота

К

h - =h

z положения объекта.

В частности, в одном из вариантов устройства выпуклое и вогнутое зеркала имеют равные параксиальные раУстройство 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 иэображения путем увеличения светосилы устройства.

На фиг, 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 нейтроновода

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 ме. ре, два из них, например, ближайшие к изображаемому объекту 3 зеркала 4 и 5 имеют форму тел вращения. Одно иэ этих зеркал вогнутое — 4, а другое выпуклое — 5. За системой зеркал расположен регистратор нейтронного изображения 6, состоящий, например из 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 иэображения,также лежащую на оси, выполняется условие

Нейтроны от объекта, расположенного в плоскости, проходящей через точку А< на оси, последовательно отражаются. от вогнутого и выпуклого зеркал с вершинами в точках S, и Б и попадают в плоскость иэображения, проходящую через точку А, где и регистрируются. Положение зеркал и радиусы их кривизны вблизи оси (параксиальные радиусы кривизны) задаются исходя иэ требуемого значения оптического увеличения, желаемого взаимного расположения объекта и его иэображения так, как это обычно делается при расчете любой оптической системы. После того, как эти параметры определены, требование выполнения условия (1) требует и вполне определенной формы поверхностей обоих зеркал (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

55 диусы кривизны, составляющие

0,79196 см.

Для прохода лучей в центре выпуклого зеркала имеется отверстие диа5 .метром О, 14 см, а в центре вогнутого — отверстие с диаметром 0,35 см (фиг. 2). Расстояние А,Я от источника до первого зеркала равно 0,68606 см, расстояние S,S между вершинами эер10 кал 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 разложения

Z =Ap + Bp + Cp + Dp +

+ K p + ... (2) где Z и Р— координаты в полярной

20 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): А = А,, Вд = 1,7804592, С =

= 8,6071278, Dg = 47,378275, Е =

711,81775.

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

Устройство работает следующим об( аэом.

3 12971 нейтронов со скоростью 6 м/с (длина о волны h = 660 А). Расчетное разрешение составило 1,4 мкм на краю поля, а в центре поля имело волновое ограничение. В приведенном примере уст5 ройства не были приняты меры по ахроматизации, что можно сделать, увеличивая число зеркал,. тем не менее, как показывают расчеты, при использовании немонохроматических нейтро- 10 о 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- 15 го в примере, с прототипом показывает, что оно имеет существенно большую апертуру и, как следствие, светосилу. Диапазон рабочих углов у о прототипа составлял 4 — 6,7 . Сле- 20 довательно, достигнуто увеличение светосилы примерно в двадцать раз.

Соответственно в двадцать раз ускоряется процесс регистрации изображения. 25

Формула изобретения

1. Устройство для получения нейтронного изображения, содержащее под- 30 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, 35

22 4 а одно — центральное отверстие, а также регистратор нейтронного изобфа 1 жения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения процесса регистрации нейтронного изображения путем увеличения светосилы устройства, двум зеркалам придана форма поверхности 10 порядка, уравнение, которой в цилиндрических координатах имеет вид

Z=Ap +BP +CP +Dp +Ep) где Z, p — - координаты в полярной системе координат, А, В, С, D, Š— расчетные коэффициенты.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в вакуумной камере расположены два зеркала, форма которых описывается соотношениями

Z, = 0,6313453 + 0,2931465) +

+ 0,2815902P + 0,2763739P +

+ 0,7955593 р

Z = 0 6313453 p + t ?804592p +

+ 8,6071278Р + 47,378275Рв +

+ 711,81775р, где координаты поверхности зеркал Р и Е выражены в см, первое зеркало, на которое падают нейтроны, выполнено вогнутым и имеет 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 первым зеркалом 0,68606 см.

1297122

Составитель В.Васильев

Техред В. КадаР Корректор А.Тяско

Редактор Н.Горват

Тираж 395

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 787/56

Подписное

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