Поляризованные нейтроны

Санкт-Петербургский
государственный университет
физический факультет
Школа поляризованных нейтронов
Поляризация нейтронов зеркалами
Чжо Зо Лин
23.12.2013
Поляризованные нейтроны
Нейтроны, спины которых имеют преимущественную
ориентацию по отношению к какому-либо выделенному
направлению в пространстве, обычно по направлению магнитного
поля.
H
поглотитель
Поляризованные нейтроны можно получить с помощью
магнитных зеркал, магнитных кристаллов, и He3 поляризаторов.
Отражение нейтронов от многослойной структуры
2  2
n 
b  n B
mn
2

 k
E
2  mn
2  2  2

mn  2
2  
n  1 
 bc  p m 
2 
E - энергия нейтрона в вакууме,
λ - длина волны нейтрона,
h - постоянная Планка   h / 2  
ρ - концентрация ядер в среде
bc – ядерная когерентная длина
рассеяния
m n - масса нейтрона
Коэффициент отражения нейтронной волны
на границе вакуума и среды зависит от угла
скольжения подающей нейтронной волны,
если    c то полностью отражается.
Среда полностью характеризуется плотностью
длины когерентного рассеяния   bc .
Поляризующие многослойные структуры
Периодическая структура
Поляризующие магнитное зеркало FeCo (ПИЯФ)
Г.М.Драбкин и др. (1975)
Fe40%Co60% (1500 A)
АПС Ti85%Gd15% ( 8000 А )
Spin Up
Spin Down Стеклянная подложка (5 mm)
B
На стекле FeCo/TiGd
а) Зависимость коэффициента отражения от
угла скольжения: 1- для зеркала 60Ti40Gd, 2для зеркала 85Ti15Gd. б) Зависимость
поляризующей
способности
от
угла
скольжения. Состав ферромагнитного слоя с
подслоем 85Ti15Gd (8000A) : 1) 40Fe60Co, 2)
50Fe50Co, 3) 54Fe46Co и без подслоя: 4)
50Fe50Co.
Многослойный монохроматор – поляризатор NiFe/V ( ПИЯФ )
А.Г. Гукасов и др. (1979)
B
85%Ti15%Gd
Стекленная подложка 5 mm
66%Ni34%Fe
V
Многослойный монохроматор - поляризатор
66%Ni6234%Fe54(100А)/V(100А) 28 пар и
подслой TiGd (8000A)
Вид эффективного потенциала для спинового
состояния S+ и S- в случае применения пермаллоя из
изотопов Ni62 и Fe54 (а) и пермаллоя из природных Ni и
Fe (б)
Зависимость коэффициента отражения
R -(λ) для зеркала на основе изотопного
пермаллоя с толщиной слоев d = 100 A
и угол скольжения θ = 30 угл. мин. 1)
экспериментальная, 2) теоретическая,
3) экспериментальная поляризующая
эффективность. R=75% и P=(90-95)%
Многослойный монохроматор – поляризатор Fe/Ag ( ПИЯФ )
В.Я. Кезерашвили и др. (1987)
n
n
B
Fe
Ag
Стеклянная подложка 5 мм
Многослойный монохроматор –
поляризатор Fe(108А)/Ag(86A) 10 пар
График зависимости плотности длины
когерентного рассеяния от глубины образца
1.0
R
+
R
R
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1
2
3
Wavelength (A)
График
зависимости
коэффициента
отражения от длины волны.
4
Зависимости коэффициента отражения R и степени
поляризации отраженного пучка P от длины волны
нейтрона. 1) R+ , 2) R- , 3)P для угла θ=20.12 угл. мин.
Двойной многослойный монохроматор-поляризатор Co/Ti (ПИЯФ)
V.G. Syromyatnikov et al. (1998)
Схема двойного монохроматора –
поляризатора Co/Ti на стекле
Зависимость интенсивности от длины волны (1) и (2)
для S+ и S-. и (3) прямой пучок зависимости от длины
волны. Neutron reflectometer EROS (LLB, France).
TiZrGd
Glass substate
Co
Ti
На стекле 20 пар Co(70A)/Ti(90A)
– TiZrGd (3000A)
Co
Ti
Cd
B
Si
На кремнии 20 пар Co(76A)/Ti(84A) – Cd (5μm)
Суперзеркала
Суперзеркало состоит из большого набора пар слоев с разными периодами. И с
каждой границы периодов отражает нейтроны с определённой длиной волны. Верхние
периоды отражают самые медленные нейтроны, а нижние отражают более быстрые
нейтроны.
F. Mezei (1976) A.Г. Гукасов и др. (1977)
 cNi  критический угол для природного никеля
 c  критический угол для суперзерка льного покрытия
Поляризующее суперзеркало Fe/Al (ПИЯФ)
V.G.Syromyatnikov et al. (1993)
Суперзеркало Fe54Fe/Al 70 пар, подложка
Si 0.3 mm, и антиотражающий слой Cd 5
μm, m = 1.73
)
грSi  (грFe
 грAl  грCd
График зависимости коэффициента отражения от
переданного импульса (красные кружки) и
поляризующая способность (черный кружки). R>95%
Общий вид поляризатора на базе
сборки из плоских кремниевых
пластин с суперзеркальным покрытием
Fe/Al.
Поляризатор на базе сборки из плоских кремниевых
пластин с суперзеркальным покрытием Fe/Al
работает на установке «Вектор» (реактор ВВРМ,ПИЯФ) 20 лет!
Многоканальный нейтронный поляризатор на основе
суперзеркала FeCo/TiZr -TiZrGd m=2.5 ( ПИЯФ )
Н.К. Плешанов и др.
FeCo
TiZr
Стекло
TiZrGd
B
Поляризующее суперзеркало FeCo/TiZr
195 пар –TiZrGd(270 нм), m = 2.5
1.0
0.8
R+
0.6
R
0.4
0.2
R
Q
0.0
-1
nm
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
Графики
зависимости
коэффициента
отражения R+ и R- от переданного импульса.
Многоканальный поляризатор или анализатор
на основе суперзеркала FeCo/TiZr -TiZrGd
Поляризующее суперзеркало Co/Ti 400 пар m=2.8
ILL
Поляризующее суперзеркало Fe/Si m = 4 (SwissNeutronics )
Fe
P. Boni et al.
Si
Glass
Поляризующее суперзеркало
Fe/Si 1600 пар, m = 4
График зависимости коэффициента отражения и поляризующая
эффективность вот переданного импульса.
Спасибо
За
внимание!