Способ определения пространственной структуры крупномасштабных неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния 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 зкспериментак, имеющихцелью исследования структуры вещества методом малоугловаго рассеяния нейтронов. Целью изобретения является повмпение 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 раасеяния S(x), из которой определяют пространственную 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 1гейтронов широкого диапазона длин волн пропускают через это поле и зятем лнали§ а с 4 СО 00 IN5 4 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 0 01 Т 1/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (46) 23. 11. 90. Бюл. 11 - 43 (21) 4284160/31-25 (22) 15.07.87 (71) Объединен»»ьп» институт ядерных исследований (72) Элер Геш»ц и Элер Инес (DD) (53) 621, 387. 426 (088. 8) (56) F. Mezei, Neutron Spin Ecko.

А nev concept in polarized thermal

neutron scattercng Z. Ph sik, 255, 1972, р. 146-160, Уиндэор К. Рассеяние нейтронов от импульсных исто шиков. M.: Энергоатомиэдат, 1985, с. 211-217. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ11ИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРН КРУПНОИАС1»1ТАБН1 1Х

НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НЛДЛТОМНЫХ РА311ЕРОВ

КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА (57) Изобретение относится к методам исследования структуры вещества, более конкретно — к способам определения пространственной структуры крупнол»асштабнь»х неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния вещества. Целью изобретения явИзобретение относится к экспериментальной нейтронной физике, а именно к той ее части, в которой используются поляризованные нейтроны, и может бьщ ь исцольэонано в экспериментах, имеющих-целью исследоваиия структуры вещества методом малоуглонаго рассеяния нейтронов, Целью изобретенил является повышение достоверности определения структурных параметров вещества путем расшпнрен:--. д.»"назона углов рассеяния 8

„„Я0„„1498245 А» ллется повышение достоверности определения структурных параметрон вецестна. Цель достнгаетсл тем, что поляр»»зона»шые нейтроны после прохождения исследуемого вец ества вводят неадиабатически н область магнитного поля, которое неоднородно, направлено перпендикулярно к плоскости поллриза»»»»»и пучка нейтронов и симметрично относительно плоскости симметрии пучка,. затем пропускают через анализатор поляризации нейтронов, измерлют энергетическую зависимость поляризации пучка нейтронов с нещестном и без вещества методом времени пролета, определяют относительное изменение ф энергетической зависимости поляризации пучка нейтронов с веществом и беэ Г)

Щ вещества, а по нему — фу»»кц»»ю рассеяния S(x), из которой определяют про- C странстненную структуру неоднородностей вещества. Изобретение позволяет повысить эффективность метода на порядок ньп е известнь»х методов. 4 в область угловых минут и увеличения светосилы.

Поньппение достоверности информации о структуре достигается тем, что ис" пользуют неоднородное магнитное поле особой формь», которое ставят в небольшом расстояние после места расположения образца. Как в эксперименте без образца, так и н эксперименте с образцом поляриэованньп» пучок нейтронов широкого диапазона длин волн пропускавт через это попе и чатем анали1

3 — !4982 эттруют поттожентте спина нейтронов, Fcли пучок распространяется вдоль у-оси и поляризация ту ттта направлена в z направлении, tвгнитпое поле В

= H, f (у) П (г) е „должтто иметь следую5 щне свойства. Поле должно быть зеркально сттмттетрттчтто к У, 7.-плоскости, н пределах сечения ктеленого пучка лоле направлено н х-направлении, гра-1О диент поля дГ/ ту должен обеспечивать неадиабатическое поведение нейтронного спина при ттереходе в поле и иэ него, градиент поля дВ/Bz надо выбрать так, что для средттего угла рассеяния получится разница и углах прецессии

4у= т7 для средней длины нолны. ттетодом техники времени пролета при эксперименте с образцом с помощью спинт1итттнтера измеряют дна спектра времени пролета К,(Л) и К, (Д) в 1г-направлении поляризации P „падающегб пучка.

Из этого следует поляризация рассеян- ного пучка = Р = (т1 -N<)/(1 1 +И ) °

Аналогичный эксперимент при таком же 25 магнитном поле, но без образца, дает поляриз ацию Р . Так как направление поля перпендикулярно направлению спина, спин нейтрона осуществляет прецессии н неоднородном поле, от чего 3О возникают осцилляции в спектрах поляриз ацтпт Р (Л) и Р „(Л }. При эксперименге беэ образца ттейтроньт прямого пучка проходят через поле на траекториях почти параллельттьтми осями, измеряются gg поляриэ ация Г„(Л). При эксперименте с образцом прямой пучок после рассеяния состоит из смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно в силу ко- 4р нечной апертуры входа в анализатор или детектор. Измеряется поляризация

Р(Л }. Рассеянные нейтроны проходят через поле на других траекториях, для которых значение интеграла по пути в 4 поле оказывается меньше. Это вызывает уменьшение угла прецессии спина и из-за этого изменение спектрального распределения интенсивности нейтронов, которое выражается в виде изменения Р(Л) по отношению к Р (Л). Разница РР(Л) обоих спектров поляризации, нормиронанная на поляриэагии падающего пучка Р, (Л), т.е. спектр де1поляриэации ВР(Л) (Р(Л) Ро(Л)/

/Р (p), содержит информацию о малоуглевом рассеянии нейтронов. Для однородного магнитного поля или в случае, когда предложенный способ нечувствителен на иэметтение импульса при упругом рассеянии нейтронов следовало бы, что DP(Л) О. Но с помощью моделирования эксперимента можно доказать DP(Л) Ф О, причем в спектре деполяризациии также возникают уже названные осцилляции. Этот результат подтверждается первым экспериментом.

Таким образом, магнитное поле особой формы дает эанисимость 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, иэ которой возможно извлечь параметры функции рассеяния, На фиг. 1 представлена экспериментальная установка; на фиг. 2принцип действия установки по фиг. 1; на фиг. 3 — зависимость эффекта деполяризации от доли рассеянных нейтронов.

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 обраэуется целевой пучок, который поляризован н z-направлении. С помощью диафрагмы 2 пучок ограничивается в zнаправлении. Спинфлиппер 3 позволяет врацать нектор поляризации на угол

fi. В неоднородном поле магнита 5 происходит прецессия спинон после рассеяния нейтронов на образце 4. Анализатором 6 анализируется положения спинон после рассеяния и после прохождения нейтронов через неоднородное поле. Детектор 7 регистрирует интенсивность пучка нейтронов как в зависимости от длины волны, так и в зависимости от z-компонента спина.

Фиг. 2 поясняет принцип действия предложенноro способа.

После прохождения через образец пучок нейтронов состоит иэ смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно. Рассеянные нейтроны проходвг через поле В(г), неоднородное в z-направлении, на траекториях, дпя которых значение интеграла по пути умень" щается. В результате этого закономерно возникает деполяризаттия пучка ней" тронов.

-1498245

11а фиг. 3 слева направо изображен» зависимость эААекта леполяриэацин от доли рассеянных нейтронов 0,25, 50 и

1007. В верхней части картинки на

5 основе равномерных угловых распределений рассеянных нейтронов в диапазоне угла от -5 10 до +5 10 радиан и нерассеянш х нейтронов в диапазоне угла от -5 1О дл +5 1О" радиан 10 изображена относительная интенсивность падающего пучка. В нижней части картинки изображены соответствующие спектры деполяризации, нормированные на спектры эксперимента беэ 15 образца, в зависимости от длины волны М. Спектры показывают выраженную структуру осцилляции, причем амплитуды растут с увеличением доли рассеянных нейтронов. Значения в амплитудах 20 деполяризации и соответствующее значение длины волны используются для определения параметров Аункции рассеяния.

Обнаружение эфАекта деполяризации 25 при малоугловом рассеянии поляризованных нейтронов было достигнуто с помощью моделирования таких экспериментов, причем в основе расчета лежали параметры спектрометра поляри- 30 эованных нейтронов СПИ-1 на импульсном реакторе ИБР-2 ОПЯИ. При использовании метода Монте-Карло на ЗВМ

СДС-6500 проведены систематические исследования зависимости эффекта деполяризации от геометрических параметров эксперимента рассеяния, от параметров рассеяния и от параметров неоднородного магнитного поля в диапазоне дпин волн от 1 до 6 А. В реэуль- 40 тате этих исследований доказано, что структура спектров деполяризации чувствительно зависит от параметров рассеяния. Кроме того, дополнительно определейы оптимальные параметры неод- 45 нородного магнитного поля. При сечении пучка нейтронов 0,01 м эффект деполяризации максимальный при напряжении поля 0,02 Т и при длине поля в найравлении распространения пучка

0,01 м с полу™ ириной неоднородности в z-направлении 0,03 м.

Обнаружение закономерного эффекта деполяризации со структурой, которая зависит от свойств взаимодействия с образцом означает, что бев всякого изменения в расположении элементов спектрометра, только с помощью добавления неоднородного магнитного поля в одном trnD tttpotl;ttttto 1 кс l; менте с одним детектором trpb«« ll пучке возможно измерить малоугллвлс рассеяние поля риэлванпых нейтропоп большой светосилой пучка. /jol10!tttttтельное преимущество способа состоит в том, что на реэул},тат и- rept tttttt ne влияют свойства про пускания поляризатора и анализатора и также не BJIH яЕт эффективность спинфл ппнера.

ЗАфект рассеяния получается в виде разности двух спектров 1)(Л)

N (3) — Н(Л), измеренных без лбраэца и с образцом. Значение A = D/N характеризует относительный ÀÀåKT рассеяния.

В случае прототипа время измерения для достижения заданной относительной статистической ошибки р = 40/О пропорционально Т, -(2 — с(,)/(с(pJ2).

В случае предложенного способа иэ— меряют осциллирующие спектры, причем при измерении без образца имеет место

N (< N в минимумах. Время измерения о для достижепия таклй же ошибки пропо рцион аль но Т . - 1 (3 р ) .

Сравнение обоих cnncor>os дает отношение времен измерения Т,,/Т„

= с(/(2 — Ы ). Когда например эфАект рассеяния а(= 0,1, тогда отношение времен Т /Т, 0,05.

Из этого следует, что предложешп-Ф способ оказывается на один порядок эфАективнее других методов.

Формул а изобретения

Способ определения пространственной структуры крупномасш-абных неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния вещества, основанный на облучении вещества поляризованными медленнымп нейтронами и регистрации рассеянных нейтронов, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности определения структурных параметров вещества путем расширения диапазона углов рассеяния медленных нейтронов в область угловых минут и повышения светосилы, поляризованные нейтроны после прохождения исcJteдуемого вещества вводят неадиабатпчески в область магнитного поля, которое неоднородно, Направлено перпендикулярно к плоскоЭ сти поляризации пучка 1п йтронов и симметрично относ ител ьпл плоск ости

1498245

".4м г ефiy

° Э

° Э!

g4 ф с

ФЬг 3

Составитель Б. Рахманов

Редактор Н. Коляда Техред Л.Олийнык Корректор Л. Патай

Заказ 4345 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитата по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 симметрии пучка, затем пропускают через аналиэатор поляризации нейтронов, измеряют энергетическую зависимость поляризации пучка нейтронов с веще5 ством и без вещества методом времени дролета, определяют относительное из)

Я менение энергетической зависимости поляризации пучка нейтронов с веществом и без вещества, а по нему -. функцию рассеяния 8(р ), иэ которой определяют пространственную структуру неоднородностей вещества. е

Р;

° ° . е;. е ° ° °