Поляризация нейтронов зеркалами

Школа поляризованных нейтронов

23.12.2013

Чжо Зо Лин

Санкт-Петербургский государственный университет

физический факультет

Нейтроны, спины которых имеют преимущественную ориентацию по отношению к какому-либо выделенному направлению в пространстве, обычно по направлению магнитного поля.

H поглотитель

Поляризованные нейтроны

Поляризованные нейтроны можно получить с помощью магнитных зеркал, магнитных кристаллов, и He3 поляризаторов.

Отражение нейтронов от многослойной структуры

2

222 2

2

nn mm

kE

E - энергия нейтрона в вакууме, λ - длина волны нейтрона, h - постоянная Планкаρ - концентрация ядер в среде – ядерная когерентная длина рассеяния - масса нейтрона

2/h

nm

Коэффициент отражения нейтронной волны на границе вакуума и среды зависит от угла скольжения подающей нейтронной волны, если то полностью отражается. Среда полностью характеризуется плотностью длины когерентного рассеяния .

cb

Bbm

n nn

22

mc pbn

21

2 c

cb

Поляризующие многослойные структуры

Периодическая структура

Поляризующие магнитное зеркало FeCo (ПИЯФ)

а) Зависимость коэффициента отражения от угла скольжения: 1- для зеркала 60Ti40Gd, 2- для 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.

Г.М.Драбкин и др. (1975)

АПС Ti85%Gd15% ( 8000 А )

Стеклянная подложка (5 mm)

Fe40%Co60% (1500 A)

Spin UpSpin Down

На стекле FeCo/TiGd

Многослойный монохроматор – поляризатор NiFe/V ( ПИЯФ )

Многослойный монохроматор - поляризатор 66%Ni6234%Fe54(100А)/V(100А) 28 пар и подслой TiGd (8000A)

Стекленная подложка 5 mm66%Ni34%Fe V

85%Ti15%Gd

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)%

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)

А.Г. Гукасов и др. (1979)

Многослойный монохроматор – поляризатор Fe/Ag ( ПИЯФ )

Многослойный монохроматор – поляризатор Fe(108А)/Ag(86A) 10 пар

График зависимости плотности длины когерентного рассеяния от глубины образца

График зависимости коэффициента отражения от длины волны.

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.

1 2 3 40.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

R

Wavelength (A)

R+

R-

Стеклянная подложка 5 ммFe

Ag

nn

В.Я. Кезерашвили и др. (1987)

Двойной многослойный монохроматор-поляризатор Co/Ti (ПИЯФ)

Glass substateTiZrGd

Co

Ti

На стекле 20 пар Co(70A)/Ti(90A) – TiZrGd (3000A)

На кремнии 20 пар Co(76A)/Ti(84A) – Cd (5μm)

Si

CdCo

Ti

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).

V.G. Syromyatnikov et al. (1998)

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)

никеляприродногодляуголйкритическиcNi

покрытияльногосуперзеркадляуголйкритическиc

Поляризующее суперзеркало Fe/Al (ПИЯФ)

Суперзеркало Fe54Fe/Al 70 пар, подложка Si 0.3 mm, и антиотражающий слой Cd 5 μm, m = 1.73

V.G.Syromyatnikov et al. (1993)

Общий вид поляризатора на базе сборки из плоских кремниевых пластин с суперзеркальным покрытием Fe/Al.

График зависимости коэффициента отражения от переданного импульса (красные кружки) и поляризующая способность (черный кружки). R>95%

грCdгрAlгрFeгрSi )(

Поляризатор на базе сборки из плоских кремниевых пластин с суперзеркальным покрытием Fe/Al работает на установке «Вектор» (реактор ВВР-М,ПИЯФ) 20 лет!

Многоканальный нейтронный поляризатор на основе суперзеркала FeCo/TiZr -TiZrGd m=2.5 ( ПИЯФ )

Поляризующее суперзеркало FeCo/TiZr 195 пар –TiZrGd(270 нм), m = 2.5

Многоканальный поляризатор или анализатор на основе суперзеркала FeCo/TiZr -TiZrGd

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

R

R+

nm-1

Q

R

Графики зависимости коэффициента отражения R+ и R- от переданного импульса.

Н.К. Плешанов и др.

TiZrGd

FeCo

TiZrСтекло

Поляризующее суперзеркало Co/Ti 400 пар m=2.8 ILL

Поляризующее суперзеркало Fe/Si m = 4 (SwissNeutronics )

Fe

Si

Glass

График зависимости коэффициента отражения и поляризующая эффективность вот переданного импульса.

Поляризующее суперзеркало Fe/Si 1600 пар, m = 4

P. Boni et al.

Спасибо За

внимание!