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!