[发明专利]一种光阑结构及微小角中子散射谱仪

说明书

本发明实施例公开了一种光阑结构及微小角中子散射谱仪。光阑结构用于实现多束中子束的聚焦，包括共光轴且沿中子束的传播方向依次排布的多个光阑；光阑包括依次层叠的第一中子吸收层、第二中子吸收层和支撑层，第一中子吸收层位于光阑靠近中子源的一侧；光阑结构包括多个狭缝，狭缝的入射端的宽度大于出射端的宽度；其中，狭缝的宽度方向与光轴垂直。本发明实施例的技术方案，可将多束中子无串扰地传输到探测器表面，同时尽可能地降低准直器边缘的反射和寄生散射产生的杂散中子，可以应用于微小角中子散射谱仪的高精度中子光路结构中，将常规小角中子散射谱仪能够表征的样品尺度范围从纳米量级扩展到亚微米量级。

技术领域

本发明实施例涉及小角中子散射技术，尤其涉及一种光阑结构及微小角中子散射谱仪。

背景技术

自从1932年查德-威克发现中子以后，科学家们一直在研究以中子作为探针探索物质内部的秘密。1945年后，大量的裂变反应堆建立起来，人们将反应堆产生的中子引出进行科学实验。美国科学家Shull和加拿大科学家Brockhouse利用反应堆引出的中子研究物质内部原子的结构和运动，共同荣获1994年的诺贝尔物理学奖。

随着研究的深入，科学家们对中子源和中子谱仪的要求越来越高，不仅要有高的中子通量还需要有高的分辨率。反应堆中子源受限于散热极限和国际上高浓缩铀的使用限制，中子通量已经达到了极限，散裂中子源以其脉冲式中子源的高分辨率和依靠新技术不断刷新的中子通量逐渐成为科学家们的新宠。上世纪八十年代以来，各大国纷纷发展自己的散裂中子源技术。目前正在运行的四大散裂中子源有英国散裂中子源(ISIS)，美国散裂中子源(SNS)，日本散裂中子源(J-PARC)和中国散裂中子源(CSNS)，其中中国散裂中子源于2010年10月正式动工建设，2018年8月23日完成国家验收，是我国第一台脉冲式中子源。目前，欧洲正在建设世界上最大的脉冲式散裂中子源欧洲散裂中子源(ESS)，预计2025年完成。相对于同步辐射的X射线源，中子源的亮度十分有限，同时中子源也十分昂贵，增加亮度更是技术和预算的挑战。所以，在中子散射谱仪的束线上改进中子光学设计，最大限度地利用好来之不易的每一个中子，是最经济和有效的手段。新的光路设计，能够突破传统谱仪的极限，为发现新物理和更好地服务工业领域提供新的可能。

小角中子散射技术是中子散射技术中最常用的散射技术之一，能够对特征尺度在1-100纳米的材料进行表征。在生物大分子，高分子，金属析出相、碳纤维等进行内部结构表征，在新能源，新材料等方面有着广泛的应用。传统的小角中子散射谱仪(SANS)通常采用针孔几何，其特点是使用一个源光阑和一个样品光阑对入射光进行准直，但由于中子源亮度的限制，光阑的直径通常都在厘米量级，最小散射角度受到限制，其最小散射矢量Q_min(其中θ_min为最小散射角度，λ_max为最长中子波长)或者说能测量的最大样品尺寸d_max会被限制在一定范围内。因此，开发具有良好中子束聚焦作用的光路结构十分必要。

发明内容

本发明实施例提供一种光阑结构及微小角中子散射谱仪，该光阑结构用于实现多束中子束的聚焦，可将多束中子无串扰地传输到探测器表面，同时尽可能地降低准直器边缘的反射和寄生散射产生的杂散中子，可以应用于微小角中子散射谱仪的高精度中子光路结构中，将常规小角中子散射谱仪能够表征的样品尺度范围从纳米量级(1-100纳米)扩展到亚微米量级(1-1000纳米)。

第一方面，本发明实施例提供一种光阑结构，用于实现多束中子束的聚焦，包括共光轴且沿中子束的传播方向依次排布的多个光阑；

所述光阑包括依次层叠的第一中子吸收层、第二中子吸收层和支撑层，所述第一中子吸收层位于所述光阑靠近中子源的一侧；

所述光阑包括多个狭缝，所述狭缝的入射端的宽度大于出射端的宽度；

其中，所述狭缝的宽度方向与所述光轴垂直。

可选的，所述第一中子吸收层包括硼铝合金，所述第二中子吸收层包括镉或钆，所述支撑层包括铝合金。