Малоугловой дифрактометр поляризованных нейтронов «Вектор» предназначен для измерения малоугловой дифракции и зависимостей интенсивности рассеяния от переданного импульса
Малоугловой дифрактометр «Вектор» предназначен для исследований в области материаловедения, физики металлов, технологии наноструктур и наноматериалов, физики сложных магнитных структур, спиновых корреляций при критических явлениях в ферромагнетиках, физике и химии коллоидных частиц и физики сверхпроводников.
Первичный нейтронный пучок для малоуглового дифрактометра формируется двумя стальными коллиматорами и зеркальным фильтром быстрых нейтронов, представляющим собой сборку из суперзеркал с напыленным покрытием из 58 Ni. Поперечное сечение пучка, используемое после нейтроновода, равно (20х50) мм2. Для монохроматизации пучка нейтронов используется магнитный монохроматор, состоящий из: поляризатора (сборка из суперзеркал Al-Fe), адиабатического спин-флиппера, резонансного спин-флиппера и анализатора (зеркало с напылением Fe-Co), − и позволяющий получать монохроматический пучок нейтронов с длинной волны λ= 0,7 – 1,2 нм и Δλ/λ = 0,09.
Установка «Вектор» схематически представлена на рис. 3.
Рис. 3 – схема установки «Вектор».
Использование длины волны нейтронов l = 0.8 нм и базы образец-детектор SD = 3.7 м позволяет измерять интенсивность малоуглового рассеяния нейтронов в диапазоне переданных импульсов 0.02 < q < 0.5 нм-1. Рассеянные нейтроны регистрируются двумерным позиционно-чувствительным 3 He детектором.
Все измерения, проводимые на установке «ВЕКТОР», полностью автоматизированы. Работа всех элементов малоуглового дифрактометра управляется РС. Установка может работать в режимах монохроматического пучка поляризованных и неполяризованных нейтронов.
Основные параметры установки «Вектор»
Таблица 2. Основные параметры установки «ВЕКТОР».
| Монохроматор | Магнитный монохроматор, включающий в себя: · Поляризатор (сборка из суперзеркал Al-Fe); · Адиабатический спин-флиппер; · Резонансный спин-флиппер; · Анализатор (зеркало Fe-Co). |
| Длина волны | λ= 0.7 – 1,2 нм; Δλ/λ = 0,09 – 0.32 |
| Начальная поляризация | P 0 = 0.94 ÷ 0.95 |
| Интенсивность на образце | I0=2·104 n/(с·cm2) при λ= 0.9 нм и dl/l=25 %; |
| Длина коллимации | 4 м |
| Диапазон переданных импульсов | Q = 0.02 ¸ 0.5 нм-1 |
| Расстояние образец-детектор | 3.74 м |
| Детектор | позиционно-чувствительный двухкоординатный детектор на 3He, 150х150 активных элементов с шагом 2 x 2 мм2 |
| Флиппер | Адиабатический флиппер с вероятностью переворота 0.99 для длин волн l > 0.4 нм |
| Дополнительные возможности: | - разработаны программа управления установкой и программа для чтения и оценки данных, полученных с двумерного детектора (в программной оболочке MATHCAD 2000) |
В качестве дополнительного оборудования для узла образца могут быть использованы:
· Криорефрижератор закрытого цикла. Температурный интервал от 14 до 330 К.
· Печь (-30 до 900 °С, атмосферная среда, инертный газ, вакуум).
· Линейный, поворотный, наклонный и подъёмный столы.
· Магнит с горизонтальным полем, перпендикулярным пучку (до 0.45 Тл).
Методика измерений
Стандартная процедура эксперимента на малоугловой установке «Вектор» включает в себя измерения (в одной и той же геометрии): прямого пучка без образца, рассеяния образцом, рассеяния узлом образца (например, пустая кварцевая кювета), рассеяния 1 мм воды H2O (для процедуры абсолютной калибровки рассеяния), а также фона зала (для расчета эффективности детектора). Кроме того, в ходе эксперимента измеряется коэффициент трансмиссии (ослабления первичного пучка) для образца, узла образца и воды H2O.
Анализируемая в эксперименте интенсивность малоуглового рассеяния нейтронов Is(q) определяется как:
, (12)
где М – счет монитора, I0 (l) – интенсивность нейтронного пучка на образце, DW − телесный угол, под которым виден детектор из позиции образца, e(l) − эффективность детектора, L S – толщина образца, d S (q)/d W − дифференциальное макроскопическое сечение рассеяния 1 см3, Т S − ослабление пучка прошедших через образец нейтронов, т.е коэффициент трансмиссии.
Для получения дифференциального сечения малоуглового рассеяния d S (q)/d W в абсолютных единицах используется нормировка на сечение некогерентного рассеяния 1 мм воды H2O [6]:
(13)
где IW(q) - интенсивность малоуглового рассеяния нейтронов 1 мм воды H2O, а К – параметр, зависящий от как от длинны волны нейтронов, так и от коэффициента трансмиссии 1 мм воды H2O.
Измеряемая в эксперименте интенсивность малоуглового рассеяния нейтронов Is(q) связана с законом рассеяния S (q) посредством следующего выражения:
, (14)
где F (q) – функция разрешения установки, которая аппроксимируется функцией Гаусса и рассчитывается с использованием стандартной процедуры [7].
Практические занятия