中子超反射鏡設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、中子檢測技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得人們對入射到樣品表面中子強(qiáng)度的要求越來越高，中子多層膜光學(xué)元件是提高中子使用率的有效手段之一。用非周期的多層膜代替單層Ni膜作為中子導(dǎo)管的內(nèi)鍍層可以將反射臨界角增加到Ni的全反射臨界角的m倍，從而將導(dǎo)管內(nèi)的中子通量提高到原來的m<'2>倍，大大提高了中子的使用效率。因此開展基于非周期結(jié)構(gòu)的中子超反射鏡的研究具有非常重要的科學(xué)和技術(shù)意義。性能優(yōu)越的中子超反射鏡不僅要求具有較大的反射臨界角度，還要在整個

2、工作區(qū)域內(nèi)具有比較高的反射率。而要制作出具有高反射率的中子超反射鏡，就要求其結(jié)構(gòu)中具有盡可能少的膜對數(shù)。本文從這兩個目標(biāo)出發(fā)，開展了中子超反射鏡設(shè)計(jì)方法的研究。 基于中子與物質(zhì)相互作用的機(jī)理，考慮到實(shí)際應(yīng)用的低能中子的特性以及中子的波粒二相性，從量子力學(xué)的角度出發(fā)，得出了物質(zhì)的散射長度和吸收截面與材料對中子的折射率之間的關(guān)系。計(jì)算了典型材料的中子光學(xué)常數(shù)；用矩陣法實(shí)現(xiàn)了理想中子多層膜元件反射率的計(jì)算?；诜抢硐攵鄬幽さ慕Y(jié)構(gòu)模型，

3、討論了非理想中子超反射鏡的工作原理，實(shí)現(xiàn)了中子超反射鏡性能的精確模擬計(jì)算。 綜合考慮中子的散射長度密度和吸收截面的作用，設(shè)計(jì)了一種中子多層膜膜層材料的選擇方法。使用該種方法，可以直觀、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)在所有物質(zhì)范圍內(nèi)選擇中子多層膜膜層材料。本文分別討論了三種典型的中子超反射鏡的設(shè)計(jì)方法，并分別給出了相應(yīng)的超反射鏡的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。在理想多層膜條件下，分析了算法中關(guān)鍵參數(shù)的作用，并在具體設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了優(yōu)化。計(jì)算結(jié)果證明，參數(shù)優(yōu)化

4、后的設(shè)計(jì)方法得到的m=2和m=3的中子超反射鏡結(jié)構(gòu)中，具有更少的膜對數(shù)，便于制備。通過對相同指標(biāo)條件下設(shè)計(jì)的中子超反射鏡結(jié)構(gòu)的比較，可以確定基于實(shí)際膜層結(jié)構(gòu)的Real-structure Design方法可以設(shè)計(jì)出最為簡單的和易于制備的中子超反射鏡結(jié)構(gòu)。另外，這種方法還可以部分的彌補(bǔ)因?yàn)槎鄬幽さ谋斫缑娲植诙榷斐傻姆瓷渎蕮p失，可以證明該方法是一種比較優(yōu)越的中子超反射鏡設(shè)計(jì)方法。針對多層膜的實(shí)際結(jié)構(gòu)和制作過程，分別討論了材料對中子的吸收作