Способ определения пространственной структуры крупномасштабных неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния вещества (original) (raw)
(51) 5 С О 1 Т 1/3 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ бласт вых минут ц ценил бретение отцос тся к эксперифэике, а именейтроцно части, в цзоваццы ольэонан ментально формациичто исое поле которои испольцейтроны, и мо но к тоц еезуются полн жет бьп ь ис в эксперименледования стр в неболь- асположецте без е с обейтроволн прох целью и тах, имеюпиктуры вещерассеянияЦелью и м алоу глова тва метод ейтронов. обретецил рност оп является повьшеределения струк" ества путем раслов рассеяния в не досто турных параметров ве ширени:. диапазона уг м ацали К Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Объеденьй институт ядерныхисследований(56) Р. 11 екег, Бесс;гоп Бргп Ес 1 со.А пе сопсерс дп ро 1 аггкес 1 г 1 егпа 1пецггоп всаггегп 7.: Р 1 узд 1 с, 255,1972, р, 146-160,Уиндэор К. Рассеяние нейтронов отимпульсных источников. М.: Энергоатомиэдат, 1985, с. 211-217.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕ 11 ИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРН КРУПНОИАС 11 ТАБН 11 ХНЕОДНОРОДНОСТЕЙ НЛДЛТОМНЫХ РАЗМЕРОВКОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА(57) Изобретение отцоснтся к методамисследования структуры вещества, более конкретно - к способам определения пространственной структуры крупноласптабньх неоднородностей надатомных размеров конденсированного состояния вещества. Целью изобретения явллется повышение достоверцости определения структурных параметров вещества. Цель достцгаетсл тем, что поляризованные нейтроны после прохожденияисследуемого вещества вводят цеадиабатически в область магнитного поля,которое неоднородно, направлено перпендикулярно к плоскости поллризаипучка нейтронов и симметрично относительно плоскости симметрии пучка,затем пропускают через анализаторполяризации нейтронов, измеряют эергетическую зависимость поляризациипучка нейтронов с веществом ц безвещества методом времени пролета,определяют относительное изменениеэнергетической зависимости поляризации пучка нейтронов с вееством и беэ ГГФвещества, а по нему - функцию рассеяния 8(х), из которой определяют про- Сстрацственную структуру неоднородностей вещества. Изобретение позволяетповысить эффективность мегода ца порядок вьше известных методов. 4 й светосилы.Повьппение достоверности и о структуре достигается тем, пользуют неоднородное магнит особой формь, которое ставят шом расстояние после места р ния образца. Как в экспериме образца, так и в эксперцмецт раэцом поляриэованньд пучок нов широкого диапазона уу пускавт через это попе ц эат3 - 4982 эттруют поттожецтте спица нейтронов, Если пучок расттрострттттяется вдоль у-оси и ттолярцэацця тучтттт цапранцеца в гцаправлеццц, твгццтцое поле В = Р,Г (у) Г(г)е должтто иметь следую 5 щце свойства. Поле должно быть зеркально сттмттетрттчтто к У, 7,-ттлоскости, н пределах сечения ктепеного пучка лоле направлено н х-направлении, гра диецт поля дГ/.1 у должен обеспечивать неадиабатическое поведение нейтронного спина при ттереходе в поле и цэ него, градиент поля дВ/дг надо выбрать так, что для средттего угла рассеяния получится разница и углах прецессии аттт= т 7 для средней длины нолцы. Методом техцики времени пролета при эксперименте с образцом с помощью спинт 1 тптттнтера измеряют дна спектра време ни пролета 1 т,(Л) и Б, (Л) в 1 г-направ" ленин поляризации Рпадающего пучка. Из этого следует поляризация рассеян-ного пучка = Р = (11 -11, )/(11 +И,т)Аналогичный эксперимент при таком же 25 магнитном поле, но без образца, даетполяризацию Р 0. Так как направление поля перпендикулярно направлению спина, спин нейтрона осуществляет прецессии в неоднородном поле, от чего ЗО возникают осцилляции в спектрах поляриз ацтпт Р (Л) и Р (Я ) . При эксперименте беэ образца ттей 1 роньт прямого пучка проходят через поле на траекториях почти параллельттьтми осями, измеряются З 5 поляризация Г(Л). При эксперименте с образцом прямой пучок после рассеяния состоит из смеси рассеянцых и не- рассеянных нейтронов, которые нельзя разделить пространственно в силу ко р нечной апертуры нхода в анализатор или детектор. Измеряется поляризация Р(Л ) . Рассеянные нейтроны проходят через поле на других траекториях, для которых значение интеграла по пути в поле оказывается меньттте, Это вызывает уменьщение угла прецессии спина и из-за этого изменение спектрального распределения интенсивности нейтро" цов, 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 де" 1 поляриэации 1 тР( тт)(Р(Л) Ро(Л) / 55/Р (Л), содержит информацию о малоуглевом рассеянии нейтронов. Для од" породного магнитного поля или в случае, когда предложенный способ цечувствителен на изменение импульса приупругом рассеянии нейтронов следовало бы, что ПР( Л) О. Но с помощьюмоделирования эксперимента можно доказать РР(Л) Ф О, причем в спектре деполяризации также возникают уже названные осцилляции. Этот результатподтверждается первым экспериментом.Таким образом, магнитное поле особой Формы дает зависимость угла прецессии спина нейтрона от угла рассеяния. Один эксперимент при использовании одного детектора и при использовании полной интенсивности,прямогопучка нейтронов дает ицФормацию омалоугловом рассеянии, из которойвозможно извлечь параметры тттутткциирассеяния,На Фиг. 1 представлена экспериментальная установка; на Фиг. 2 принцип действия установки по Фиг. 1;на Фиг. 3 - зависимость зФФекта деполяризации от доли рассеянных нейтронов.Установка содержит поляризатор 1,диаФрагму 2, спинФлиппер 3, образецмагнит 5, анализатор 6, детектор7, Распространение белого пучка поляризованных нейтронов происходит ву-направлении. Поляризаторомобра 4эуется целевой пучок, который поляризован н г-направлении. С помощью диаФрагмы 2 пучок ограничивается в гнаправлении. СпинФлиппер 3 позволяетвращать нектор поляризации на угол1. В ттеоднородттотт поле магнита 5 происходит прецессия спицон после рассеяния нейтронов на образце 4. Анализатором 6 анализируется положения спицон 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 г-компонента спина.Фиг. 2 поясняет принцип действияпредложенного способа.После прохождения через образецпучок нейтронов состоит из смеси рассеянных и нерассеянных нейтронов, ко"торце нельзя разделить пространственно. Рассеянные нейтроны проходятг че"рез поле В(г), неоднородное в г-направлении, на траекториях, дця кото"рых значение интеграттд по пути умень"кается. В результате этого закономерно возникает деполяризаттия пучка ней"тронов.55 11 а фиг. 3 слева направо изображен зависимость эффекта леполяриэациц от доли рассеянных цейтроцов 0,25, 50 и 1007. В нерхцей части картинки ца основе равномерных угловых распределений рассеянных нейтронов в диапазоне угла от -5 10до +5 1 О радиан и нерассеяццых нейтронов в диапазоне угла от -5 1 О до +5 10" радиан 10 изображена относительная интенсивность падающего пучка. В нижней части картинки изображены соответствующие спектры деполяризации, нормированные ца спектры эксперимента беэ 15 образца, н зависимости от длины волны Л. Спектры показывают выраженную структуру осцилллции, причем амплитуды растут с увеличением доли рассеянных нейтронов. Зцачеция в амплитудах 20 деполяризации и соответствующее значение длины волны используются для определения параметров функции рассеяния.Обнаружение эффекта деполяризации 25 при малоугловом рассеянии поляризованных нейтронов было достигнуто с помощью моделирования таких экспериментов, причем в основе расчета лежали параметры спектрометра поляри эованных нейтронов СПИна импульсном реакторе ИБРОПЯИ. При использовании метода Монте-Карло на ЗВМ СДСпроведены систематические исследования зависимости эффекта деполяризации от геометрических параметров эксперимента рассеяния, от параметров рассеяния и от параметрон неоднородного магнитного поря н диапазоне дпин волн от 1 до 6 А, В реэуль тате этих исследований доказано, что структура спектров деполяризации чувствительно зависит от параметров рассеяния. Кроме того, дополнительно оп" ределейы оптимальные параметры неод 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 50 0,01 м с полущцрицой неоднородности в в-направлении 0,03 м.Обнаружение закономерного эффекта деполяризации со структурой, которая занисит от свойств взаимодействия с образцом означает, что беа всякого изменения в расположении элементов спектрометра, только с помощью добавления неоднородного магнитного поля в одном цориронаииом кс именте с одним дете кто ром в и рамс ипучке возможно измерить малоугловосрассеяние поляризованных цейтроиовбольщоц светосилой пучка. Лоиопистельное преимущество способа состоит в том, что ца результат имере цця це влияют свойства проиускация поляризатора и анализатора и также це нлияЕт эффективность сиццфлиииера.Зффект рассеяния получается в иде разности двух спектров 11(Л)11 Л) - Н(Л), иэмереццых без образца и с образцом. Значение с = ТЭ/11 характеризует относительный эффект рассеяния.В случае прототипа время измерения для достижения заданной отцосительцой статистической ощибки р =ЛО/О пропорционально Т, -(2 - с(,)/(с(/Ь).В случае предиожеццого способа иэ - меряют осциллирующие спектры, п 1 гцчеч при измерении без образца имеет место И сс М в минимумах. Время измерения одля достижения таклй же ощибкц пропорционально Т-1(с(/ъ )2Сравнение обоих способов дает отнощение времен иэмерецця Т/Т = с(/(2 - Ы ). Когда например эффект рассеяния а(= 0,1, тогда отношение времен Т/Т, 0,05,Из этого следует, что предложенныйспособ оказывается ца один порядокэффективнее других методов. Формула изобретения Способ определения пространственной структуры крупцомасщ-абцых неоднородностей надатомцых размеров конденсированного состояния вещестна, основанный на облучении вещества по" ляризованными медленнымц цейтроцамц и регистрации рассеянных нейтроцов, о т л и ч а ю г и й с я тем, что, с целью повыщения достоверности определения структурцых параметров вещества путем расщиреция диапазона углов рассеяния медлеццых нейтронов в область угловых минут и иовыщеция светосилы, поляризованные нейтроны после прохождения исследуемого веще" ства вводят неадиабатически в область магнитного поля, которое неоднородно, Направлено перпендикупярио к плоскоЭстн поляризации пучка ис йтроцон и симметрично относительно плоскости1498245 менение энергетической зависимостиполяризации пучка нейтронов с веществом и без вещества, а по нему -,функцию рассеяния 8(р.), иэ которойопределяют пространственную структурунеоднородностей вещества. е ФфЬ- О.г с Составитель Б. Рахмановедактор Н. Коляда Техред Л.Олийньв Корректор Л. Патай Заказ 4345 Тираж 357 Подписное НИИПИ Государственного комитата по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д. 4/5 д, ул. Проектная, 4 роиэводственно-полиграфическое предприятие, г, Уж симметрии пучка, затем пропускают через анализатор поляризации нейтронов, измеряют энергетическую зависимость поляризации пучка нейтронов с веще 5 ством и без вещества методом времени дролета, определяют относительное изВ ф фр