Спектрометр поляризованных нейтронов

 

1 - Замедлитель
2 - Фоновый двухдисковый прерыватель
3 - Коллиматоры
4 - Крестообразный коллиматор
5 - Поляризатор малоугловой моды
6 - Регулируемые платформы
7 - Спин-флиппер
8 - Регулируемые диафрагмы
9 - Образец
10 - Электромагнит
11 - Веерный анализатор поляризации
12 - Позиционно-чувствительный детектор
13-15 - Накопление и обработка информации

 

Ответственные за установку:
Петренко Александр Викторович
Россия, Московская обл., г.Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
тел. +7 (49621) 6-31-19
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Жакетов Владимир Дмитриевич
Россия, Московская обл., г.Дубна, ул. Жолио-Кюри, 6
тел. +7 (49621) 6-28-75
e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Состав группы

 

Основные направления исследований:

1. Слоистые магнитные и сверхпроводящие тонкие пленки;
2. Объёмные наноструктуры;
3. Коллоидные растворы;
4. Ферромагнитные жидкости.

 

Назначение установки

 

Описание спектрометра поляризованных нейтронов РЕМУР дано в работах [1-3]. Рефлектометр РЕМУР предназначен для изучения свойств тонких плёнок, границ раздела в многослойных структурах, различных типов упорядочений, самоорганизации в биологических системах и др. методом зеркального и не зеркального отражения нейтронов от поверхности плёнок. Поляризованный пучок нейтронов формируется нейтронно-оптической системой, состоящей из набора зеркал и диафрагм, задавая тем самым необходимую коллимацию и поляризацию пучка. В рефлектометре используется щелевая геометрия, в которой узкий нейтронный пучок шириной 0,1 – 1 мм вытянут в вертикальном направлении. Рассеяние нейтронов происходит в горизонтальной плоскости. Для переворота спина нейтрона используются адиабатические радиочастотные флипперы [4] высокой эффективности в широком диапазоне (0,9 – 10 A) длин волн нейтрона. Анализ поляризации отраженного пучка осуществляется с помощью широкоапертурного веерного зеркального анализатора [5, 6]. Регистрация отраженного пучка осуществляется двухкоординатным газовым 3He детектором с пространственным разрешением около 2,5 мм.

 

Основные характеристики

 

Рефлектометр

Плоскость образца – вертикальная.
Плоскость рассеяния – горизонтальная.

Длина волны нейтронов 0,9 – 15 Å.
Разрешение по длине волны δλ = 0, 015 Å.
Интервал углов рассеяния 1 – 100 мрад.
Расстояние образец – детектор 0.7 - 4,9 м.
Пространственное разрешение детектора 2,5 мм.

 

Поток на месте образца при двух режимах поляризации:

  • два поляризатора PR1 + PR2 104 н/(с·см2)
  • второй поляризатор PR2 3·104 н/(с·см2)

 

Малоугловое рассеяние в скользящей геометрии

Длина волны нейтронов 0,9 – 15 Å
Поток на месте образца  103 н/(с·см2)
Расстояние образец – детектор 0,7 – 4,9 м

 

Окружение образца

 

 

Трехкружный гониометр с установленным на нем электромагнитом с величиной внешнего поля в диапазоне 0 – 20 кOе, позволяющий изменять направление поля относительно плоскости образца в диапазоне ± 90 градусов.

Имеется набор сменных полюсов сечением: 40 × 20 мм2, 110 × 70 мм2 и 60 × 40 мм2.

Максимальное магнитное поле при зазоре между полюсами 15 мм равно 20 кЭ для малых полюсов сечением 40 × 20 мм2и 10 кЭ для больших полюсов 110 × 70 мм2.

 

 

Криостат с вертикальным магнитным полем до 3 Тесла и температурой Т = 1,6 – 600 К.
Максимальные размеры образца равны 40 × 40 мм2.

 

Характеристики детектора

  

Двухкоординатный ПЧД

 

Газовая смесь 3Не (2 атм.) + CF4 (1,2 атм.)
Рабочая зона 178 × 178 мм2
Пространственное разрешение (FWHM) 2,3 мм по оси X и 2,7 мм по оси Y

 

 

 

Характеристики поляризаторов и анализатора поляризации

 

Рефлектометрические поляризаторы PR1 и PR2

 

Размер подложки 28 × 100 × 800 мм3
Сечение поляризованного пучка 0,24 ÷ 0,8 мм
Угол скольжения пучка 1 ÷ 3,3 мрад
Критическая длина волны 0,86 ÷ 2,84 Å

 

Рефлектометрический  веерный анализатор

 

Число зеркал: 94
Размеры подложки: 250 × 60 × 0,3 мм3
Сечение канала:  
– на входе 1,0 × 40 мм2
– на выходе 0,93 × 40 мм2
Угол захвата пучка в гориз. плоскости: 27,3 мрад
Фокусное расстояние: 4400 мм
Размер проходного сечения (верт.× гориз.): 40 × 120 мм2
Пропускание "геометрическое": 0,66
Покрытие с двух сторон FeCoV/TiZr
Критическая длина волны 1,3 Å

 

Веерный анализатор поляризации

 

Зеркала анализатора собраны в форме веера, в фокусе которого на расстоянии 4,45 м находится образец (рис. 1). Пучок нейтронов отражается от образца и попадает в анализатор. В такой конфигурации угол a между рассеянным пучком нейтронов и зеркалами анализатора остаётся постоянным для всех отражённых от образца пучков, и поляризующая эффективность анализатора не зависит от угла рассеяния нейтронов на образце.

 

 

Рис. 1. Схема веерного анализатора поляризации (вид сверху).

 

 

Рис. 2. Веерный анализатор поляризации (93 зеркала расположены вертикально).

 

 

Рис. 3. Поляризующая эффективность поляризаторов и веерного анализатора.

 

Адиабатические радиочастотные спин-флипперы

 

Спин-флипперы состоят из двух пар катушек постоянного магнитного поля и радиочастотной катушки с частотой переменного магнитного поля 76 кГц. Амплитуды постоянного и переменного магнитных полей спин-флиппера имеют синус-косинус зависимость в диапазоне 10 – 40 Э. Для расчётов параметров спин-флипперов выбрано требование, чтобы вероятность переворота спина нейтронов была f(λ = 1 Å) ≥ 0.99. Экспериментальное значение вероятности переворота спина нейтронов f(λ) для интервала длин волн нейтронов 1,4 – 10 Å равно единице в пределах статистических ошибок. Длина спин-флипперов вдоль пучка равна 800 мм, рабочее сечение для пучка нейтронов 150 мм.

 

 

Адиабатический радиочастотный спин-флиппер

 

Публикации

 

[1] V.L. Aksenov, K.N. Jernenkov, S.V. Kozhevnikov, H. Lauter, V. Lauter-Pasyuk, Yu.V. Nikitenko, A.V. Petrenko, The polarized neutron spectrometer REMUR at the pulsed reactor IBR-2, JINR Communications D13-2004-47 (2004) (in Russian and English).

[2] V. L. Aksenov, V. V. Lauter-Pasyuk, H. Lauter, Yu. V. Nikitenko and A. V. Petrenko, Polarized neutrons at pulsed sources in Dubna, Physica B 335 (2003) 147-152.

[3] V. L. Aksenov, Yu. V. Nikitenko, Polarized Neutron Reflectometry at IBR-2, Neutron News 16 (2005) 19-23.

[4] S.V. Grigoriev, A.I. Okorokov, V.V. Runov, Peculiarities of the Construction and Application of Broadband Adiabatic Flipper of Cold Neutrons, Nucl. Instr. Meth. A 384 (1997) 451.

[5] Yu.V. Nikitenko, V.A. Ul'yanov, V.M. Pusenkov, S.V. Kozhevnikov, K.N. Jernenkov, N.K. Pleshanov, B.G. Peskov, A.V. Petrenko, V.V. Proglyado, V.G. Syromyatnikov, A.F. Schebetov, Fan analyzer of neutron beam polarization on REMUR spectrometer at IBR-2 pulsed reactor, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 564 (2006) 395-399.

[6] V. A. Ul'yanov, Yu. V. Nikitenko, V. M. Pusenkov, S. V. Kozhevnikov, K. N. Jernenkov, N. K. Pleshanov, B. G. Peskov, A.V. Petrenko, V. V. Proglyado, V. G. Syromyatnikov, A. F. Schebetov, A fan analyzer of neutron beam polarization of the spectrometer REMUR at the pulsed reactor IBR-2, JINR Communications E-13-2004-161 (2004).

[7] O.V. Fateev, G.A. Cheremukhina, S.P. Chernenko, Yu.V. Zanevsky, H. Lauter, V.V. Lauter, S.V. Kozhevnikov, Yu.V. Nikitenko, A.V. Petrenko, A Position-Sensitive Detector for the Polarized-Neutron Spectrometer. Pribory i Tekhnika Eksperimenta 2 (2001) 5-12 (in Russian). Instruments and Experimental Techniques, 44 (2001) 137-143 (in English).