Нейтронный фильтр

 

- -:о-т.;.;.уис.:со . е,;

ОПИС

ИЗОБРЕТЕНИЯ Саюз Соввтсиик

Социааистичвсних

Рвспублик (ii>604441

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 091176 . (21) 2419845/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.з

G 21 К 3/00

Государственный комитет

СССР яо аелам изобретений в открытий

Опубликовано 150381 Бюллетень № 10 (53) УДК 5..39.125 (088.8) Дата опубликования описания 150381 (72) Авторы изобретения

A.Ã.Ãóêàñoâ, В.А.Рубан и М.Н.Бедризова

Ленинградский институт ядерной физики им.В.П.Константинова (71) Заявитель (54) НЕЙТРОННЫЙ ФИЛЬТР

2о 2n+2 (d 2n) д.„ д,! для нечетных слоев

Изобретение относится к нейтронной физике и может быть использовано при изготовлении нейтроноводных систем для нейтронов с энергией 10 -10 эВ.

Известен фильтр для ультрахолодильных нейтронов с энергией 108-10 4 эВ, представляюший собой структуру из чередующихся слоев двух различных веществ титана и изотопа олова Sn 118 одинаковой толщины около 800 А.Фильтр используется как монохроматор и имеет узкие области полного отражения (1) .

Ближайшим техническим решением является нейтронный фильтр, представ- 15 ляющий собой многослойную структуру, состоящую из слоев двух веществ с различными длинами когерентного рассеяния нейтронов, нанесенных на плоскую подложку, причем многослойная структура состоит из плоских аморфных германиевых слоев, чередующихся с плоскими слоями из титана или марганца $2J .

Общим недостатком приведенных выше технических решений является не. большая область полчого отражения нейтронов при углах скольжения больших критическиХ значений для используемых веществ. 30

Целью изобретения является расширение области полного отражения нейтронов при углах скольжения, больших критических значений для используемых веществ.

Это достигается тем,что в многослойной структуре, состоящей из чередующихся слоев двух веществ с разными длинами когерентного рассеяния нейтронов, нанесенных на подложку, последние расположены так, что первая пара. имеет максимум отражения при угле скольжения, близком к критическому, причем толщина первого слоя из вещества с большей когерентной длиной рассеяния равна половине граничной длины волны нейтрона для этого вещества, а толщины последующих слоев выбраны из условия для четных слоев где n — номер пары слоев;

42л — толщина четного слоЯ;

42н,л- толщина нечетного слоя.

604441

На фиг.1 изображено отражение нейтронов от фильтра, на фиг.2 — представлены зависимости отражательной способности предлагаемого фильтра из слоев Ni u V однослойного фильтра из Ni.

Фильтр представляет собой нанесенную на подложку, например, из стекла последовательность чередующихся слоев 1-6 различных веществ, например

Ni (1,2,3) и V (4,5,6),толшины которых уменьшаются по глубине фильт.— ,ра. Падающий под углом скольжения

8 пучок 7 нейтронов с длиной волны

Ъ отражает от .фильтра под тем же углом g,,и полученный отфильтрованный пучок 8 нейтронов, используется для различных экспериментов.

Фильтр работает следующим образом.

При падении нейтронов на границу вакуум — Ni или V-Ni (что эквивалентно, поскольку показатель преломления нейт-Ю ронов для Ч практически равен единице из-за малости длины когерентного рассеяния) под углом скольжения, меньшим

0, коэффициент отражения нейтронов равен единице, а при углах, превыша- д5 ющих 0.с, амплитуда отраженной волны быстро падает и определяется форму1-(< 8 /8- )""

/,2} 30

Однако проходящий пучок будет отра жаться от следующий границы с той же амплитудой. Если подобрать расстояние между границами так, чтобы разность фаз между волнами, отраженными от соседних границ, составляла ii/2 (четвертьволновые пленки), то отражение будет максимальным. Иначе говоря, при некоторой толщине слоя d„ существует угол скольжения Q„, при 40 котором имеется максимум отражения от слоя. Причем при уменьшении толщины слоя положение максимума смещается в сторону больших углов. Выбирая толщину первого слоя так, чтобы отра- 45 жение от него было максимальным при

6 < =8, а затем, уменьшая толщины последущих слоев, можно получить последовательность дифракционных максимумов, перекрывающих диапазон углов

-от 8 до некоторого6". Если слои имеют сильно отличающиеся толщины, то отраженные волны складываются некогерентно и суьвларная интенсивность отраженной волны приблизительно равна сумме квадратов амплитуд волн, рассеянных от различных слоев. Если же в каждом последующем слое толщина изменяется не сильно (чтобы разность фаз была небольшой), то происходит когерентное сложение амплитуд рассеянных волн QQ и интенсивность определяется квадратои суммы этих амплитуд, и уже при сравнительно небольшом числе слоев отражательная спОсобность системы (й} достигает единицы. 65

Критерий допустимого уменьшения толщины при переходе от слоя к слою получается следующим образом. Рассмотрим п-ю пару слоев (для простоты пРиме 02п л =-d 2п ) c полной толщиной О, =201„. Положение максимума отражения от этой пары слоев получается из формулы Брэгга Qn= а коэффициент отражения этой пары

r (Qq) 2 D u I ac где ii c граничная длина волны нейтронов для Ni(Яс ГЖ

Если толщина слоев при переходе от пары к паре изменяется слабо, то можно ввести средний коэффициент отражения v(() „} для Ь Й пар близлежащих слоев. Если b,N» 4/й (Bn} (1 ) (для получения коэффициента отражения Я > 98% нужно взять ЬЙ»4 @, мы получим область полного отражения в интервале углов -у- 7 (Bn}(2). Пользуясь пропорциональйостью аа/8 д О/Q > это выражение можно записать в виде h0 0nÒ (8и}(3). Разделив (3) на (1), получаем допустимое уменьшение толщины на одну пару слоев С) — — а — (n(e >) . ай Оп

Подставляя Г (8 и }, получаем условие rI )-) и+л

DÏ иС

Для того чтобы первый слой давал отражение при угле, равном 6 с, нужно выполнить условие Брэгга 0„= Ac/2

Añ с т e d„ с/4, 02 4 Отсюда для ванадиевых слоев получаем условие 2ï 2n 2 (d2n

-Гб а, Однако для никеля нужно еще учесть преломление вблизи углов, близких к 8С, поэтому толщина первого слоя выбирается /2, вместо Йс/4, а толщина последущих никелевых слоев d2n+1 должны превышать толщину ванадиевых из той же ары на величину, обратную показателю преломления в никеле и

> определяться 2п огп+л

Для проверки правильности выбранного условия был проведен точный расчет на ЭВИ отражательной способности фильтра с общим числом слоев 60 и указанными соотношениями толщин с помощью матричного метода, используемого при расчете многослойных оптических фильтров °

На фиг.2 показана зависимость отражательной способности этого фильтра от соотношения (sin&ts и9), где бс критический угол скольжения, йi — кривая 9. Из кривой 9 видно, что нейтроны полностью отражаются при углах скольжения, меньших некоторого характерного 8 =1,7ec.T.е. при использовании

604441

Формула изобретения для нечетных слоев

d2w d2 +1

ВНИИПИ Заказ 1546/41 Тираж 476 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 многослойного фильтра можно эффективно увеличить критический угол в 1,52 раза при полном числе слоев от 20 до 100. Дальнейшее расширение области полного отражения за счет увеличения числа слоев менее эффективно, так как начинает сказываться поглощение нейт- ронов в слоях фильтра. Так как при напылении толщину слоев можно выдержать лишь с точностью около 5-10 А, были проведены аналогичные вычисления с учетом возможного случайного разброса толин в диапазоне+10 A (см. фиг.2, кривая 10), Видно, что напыление слоев с такой точностью достаточно дпя изготовления фильтра. Для сравнения на фиг.2 показана отража- 35 тельная способность обычного однослойного фильтра из никеля, кривая 11.

Вместо никеля можно использовать любые другие материалы, имеющие положительную когерентную длину рассея- щ ния а ) О. При замене .никеля железом, кобальтом или их сплавами, можно сконструировать поляризующий нейтронный фильтр с расширенной областью полного отражения, который также найдет приме- » нение в поляриэующих нейтроноводах .

В качестве прослойки, кроме ванадия, можно также использовать другие материалы, имеющие отрицательную длину рассеяния а с О, например Т i, Ип, N i 2

Предлагаемый фильтр, состоящий иэ доступных, дешевых материалов Ni и V,по своим параметрам превосходит йаилучший из известных сейчас однослойных фильтров с покрытием из редкого и дорогого изота и Р,который используется в нейтроноводах.

При сравнении предлагаемого многослойного фильтра известными однослойными с покрытием, например из и получается выигрыш в интенсивности на 4g выходе нейтроновода в < 3 раза за счет расширения области полного отражения в 1 7(8 =1,78@),так как интенсивность л(9 ) Нейтронный фильтр с многослойной структурой, состоящей из чередующихся слоев двух веществ с .разными длинами когерентного рассеяния нейтронов, нанесенных на подложку, о т л и ч а ю шийсятем, что, с целью расширения области полного отражения нейтронов при углах скольжения, больших критических значенийдля используемых веществ, слои чередукицихся веществ расположены так,что первая пара слоев имеет максимум отражения при угле скольжения,близком к критическому, причем толщина первого слоя из вещества с большей когерентной длиной рассеяния равна половине граничной длины волны нейтрона для этого вещества, толщина второго слоя равна четверти указанной длины волны, а толщины последующих слоев выбраны иэ условия для четных слоев! 2ï 2п+2 (2n)

1Ь о2 где и — номер гары слоев; толщина четного слоя; д 2n+4 — толщина нечетного слоя. !

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Антонов А.В. и др. Интерференционный фильтр для ультрахолодных нейтронов.. Письма в ЖЭТФ, том 20, вып.9, с.632-635.

2. Патент США М 3885153, кл.250-251, опубл.20.05,75.

Нейтронный фильтр Нейтронный фильтр Нейтронный фильтр 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам формирования спектра рентгеновского излучения при размещении фильтра рентгеновского излучения между источником излучения и детекторной системой

Изобретение относится к экспериментальной ядерной физике и может быть использовано на высокопоточных источниках нейтронов на базе ускорителя , мезонной фабрики или ядер кого реактора

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским фильтрам в коллиматоре для регулирования энергии пучка рентгеновских лучей в компьютерных томографических системах
Наверх