Малоугловой дифрактометр поляризованных нейтронов "Вектор" (пучок 4)


Ответственный:
- к. ф.-м. н., зав. лаб. Рунов Владимир Владимирович ;
- н. с. Копица Геннадий Петрович ;

техник: Голубев Геннадий Сергеевич.

Область использования

Дифрактометр малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов, работает в щелевой геометрии. Установка предназначена для исследований спиновых корреляций и мезоскопических структур масштаба 40-1000Å, и спиновой динамики при малых переданных импульсах. Основные исследования ведутся в области физики магнитных критических явлений. Значительная часть экспериментов на установке SAPNS "Vector"связана с изучением магнитных фазовых переходов. Интерес к ним возник сначала с целью проверки гипотезы подобия, но по мере развития метода поляризованных нейтронов критическое рассеяние стало объектом исследования физики магнетизма классических 3-d ферромагнетиков (Ni, Fe), аморфных и кристаллических сплавов, спиновых стекол и др.

Установка входит в перечень уникальных установок России.

Описание

Пучок формируется зеркальным фильтром в канале реактора в виде сборки пла-стин монокристалла Si с нанесенным покрытием 58Ni. Отфильтрованный пучок тепловых нейтронов поляризуется отражением от малогабаритной сборки пластин Si с Fe/Al суперзеркальным покрытием. Поляризованный пучок нейтронов монохроматизуется магнитным монохроматором, работа которого основана на явлении пространственного спинового резонанса в постоянных во времени магнитных полях. Монохроматор позволяет плавно изменять длину волны нейтронов от 7 до 12Å и изменять ширину спектральной линии от 10 до 25%. Установка работает в щелевой геометрии в диапазоне век-торов рассеяния 3∙10−3 < q < 3∙10−1 Å−1 (q = k − k', где k, k' – волновые векторы падающих и рассеянных нейтронов). В настоящее время она оборудована двухкоординатным (2D) позиционно-чувствительным 3He детектором с окном 300х300мм2 с пространственным разрешением по каждой координате 1.5мм. Непосредственно перед детектором установлен малогабаритный суперзеркальный анализатор поляризации с эффективностью 92%.


img_8_medium.jpg
Малоугловой дифрактометр поляризованных нейтронов:
1 – коллиматор, 2 – зеркальный фильтр, 3 – магнитный монохроматор, 4 – поляризатор, 5 – адиабатический флиппер, 6 – резонансный флиппер, 7 – анализатор, 8, 9 – адиабатические флипперы, 10 – узел образца, 11 – анализатор, 12 – 2-х координатный детектор (ПЧД).


Особенности

Анализатор с размерами 10x40x45мм3 (ширина, высота и длина по оси пучка) выполнен в виде стопки реманентных Fe-Co суперзеркал. Он может быть программно установлен в любое место перед детектором или выведен из нейтронного пучка. Частотные характеристики ПЧД позволяют анализировать как рассеянный, так и прямой пучок, т.е. работать без “beam stop”, в случае, если нет необходимости проводить анализ поляризации. Если такой анализ необходим, то анализатор устанавливается на прямой пучок как “beam stop”, практически не уменьшая диапазона рассеянных нейтронов со стороны отражения нейтронов анализатором. Сохранена и старая схема установки с двадцатью 3He детекторами и анализом поляризации в каждом канале.

Параметры прибора

Характеристика Значение
Диапазон длин волн λ = 7-12 Å Δλ/λ = 10-25%
Диапазон векторов рассеяния 3 ·10−3 < q < 3 ·10−1 Å−1
Плотность потока нейтронов 1.7·104 н·см−2·с−1 Δλ/λ = 25%
Поляризация падающих на образец нейтронов Р0 > 95%

Параметры детектора

Установка оснащена двухмерным позиционно-чувствительным детектором (ПЧД).

Характеристика Значение
Размер входного окна 300×300мм2
Газовая смесь 3Не/CF4 2/2 атм
Эффективность регистрации 72% (9Å)
Пространственное разрешение X; Y 1.5мм по X и Y
Дифференциальная нелинейность 10%
Уровень собственных шумов 0.2соб.с−1
Просчёты электроники, Lген = 105 Гц ≤ 10%
Герметичность камеры Dρ/ρ < 3%/год

Модернизация установки позволяет проводить SANS измерения с поляризованными нейтронами на современном уровне по импульсному разрешению. В частности, позволяет исследовать слабые ферромагнитные корреляции в немагнитных матрицах, обусловленные примесями и вакансиями и магнитно-ядерные контрастирующие области в магнитных материалах методом магнитно-ядерной интерференции в малоугловом рассеянии поляризованных нейтронов с анализом поляризации в прошедшем нейтронном пучке. В качестве примера, ниже показаны данные по измерению магнитно-ядерной интерференции в CuZn сплаве с 1% Ni (см. Письма в ЖЭТФ 95(9), 530,2012).


img_9_medium.jpg
Зависимости магнитно-ядерной интерференции Iup(q) – Idown(q) от переданного волнового вектора в образцах CuZn(20) с примесью Ni (1ат.%) в поле H ≈ 0.5T при различной термообработке образцов, что соответствует разной деполяризации D нейтронов в образцах [1].


Дополнительное оборудование

Электромагниты: до 1Т при зазоре ~1см.
Криорефрижератор RNK 10-300 обеспечивающий Тmin≥35К.

Перспективы развития

Монтируется криорефрижератор RDK-415 D2 (Sumitomo) с Тmin = 4К.
Предполагается увеличить магнитное поле до 2Т с зазором ~3см.

Публикации

  1. В. В. Рунов, Д. С. Ильин, М. К. Рунова, А. К. Раджабов, Изучение ферромагнитных корреляций, обусловленных примесями в немагнитных материалах, методом малоугового рассеяния поляризованных нейтронов, Письма в ЖЭТФ 95(9), 530 (2012).
  2. В. В. Рунов, В. Н. Скоробогатых, М. К. Рунова, В. В. Сумин, Изучение методом рассеяния поляризованных нейтронов мезоструктуры фазовых образований в стали Р91 после тер-мообработки, ФТТ 56(1) 2014, 68.
Вверх