Диссертация (1149512), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

А также заметноеослабление интенсивности при прерывании пучка диском чоппера при работе настационарных ядерных реакторах. На импульсных нейтронных источниках такогоослабления нет и там этот метод оптимален.Относительное разрешение рефлектометра по переданному волнового вектору вовремя-пролетном методе при измерении коэффициента отражения RQ  выглядит как:50Q       Q     2где,2(31)- разрешение по длине волны;- угловое разрешение; - угловая неопределенность.

Она определяется расходимостью, падающегона образец пучка сформированного диафрагмами D1 и D2 , а также плоскостностьюповерхности образца.Очевидно, что для улучшения разрешения по Q надо брать величину  больше. Выбороптимальной величины  зависит от конкретной задачи. При этом надо учитывать величинудиапазона поQи минимальное время измерения для получения необходимойстатистической точности в разных частях этого диапазона. В некоторых случаях проведенияисследования в большом диапазоне по Q для того, чтобы его перекрыть, разумно проводитьизмерения на нескольких углах  .

Величины углов скольжения  малы и составляют,например, для исследования однослойных структур, величину порядка  ~  c   , где  c критический угол материала пленки,  - средняя длина волны по нейтронному спектрупадающего пучка. Поэтому, по возможности, следует увеличивать величину  . В связи сэтим, современные рефлектометры работают в области спектра холодных нейтронов, какправило, на реакторах, имеющих источники холодных нейтронов. Даже в этом случае,требования на  остаются достаточно жесткими.не зависит от и выбирается взависимости от условий эксперимента.

Для оптимизации соотношения между разрешениемQ и интенсивностью, желательно стремиться к выполнению условия: ~   где,  (32) - усредненное разрешение по длине волны в используемом диапазоне длинволн.Разрешение по длине волныможно представить в виде:512 t   l      t ( )   L где2(33)t ( ) - время прохождения нейтрона с длиной волны  пути L от чоппера додетектора;t - неопределенность, вызванная конечностью длительности нейтронной вспышки всп и неопределенностью времени регистрации нейтрона, вызванная шириной каналавременного анализатора кан , т.е. t  ( всп ) 2   кан 2 ;l - неопределенность в разных путях пролета нейтронов от чоппера додетектора. l Пренебрегая вкладом   , обычно малым, (2.32) переписывается в виде: L22     всп    кан  t ( )   t ( ) 2(34)Как правило, вкладом 2-го члена в (2.33) также можно пренебречь, т.к.

легко выбратьширину канала кан так, чтобы сделать это обоснованно. Поэтому в (2.33) остается одинчлен, зависящий от для стандартного однодискового Ферми-чоппера. Т.е. разрешение подлине волны для разных участков спектра разное. Оно улучшается с ростом . Этозатрудняет обработку экспериментальных данных. Этого недостатка лишен двухдисковыйчоппер, у которого время вспышки зависит от , и следовательно, разрешение по Qпостоянно во всем спектральном диапазоне.Коэффициент отражения RQ  для рефлектометра по времени пролета определяетсявыражением:R(Q) IIRппгде,I R (Q)и(Q)  I фr   t пп(Q)  I фпп   t RI пп (Q)(35)- интенсивности отраженного и падающего пучков,соответственно;I фr и I фпп - фоновые интенсивности для отраженного и падающего пучков,соответственно;52tRиt пп- время набора спектра отраженного и падающего пучка,соответственно.Относительная статистическая ошибка в определении коэффициента отражения:( I R  2  I фr ) ( I пп  2  I фпп )R2RI R2I пп(36)Рефлектометры, использующие время – пролетную методику чаше всего встречаютсяна импульсных нейтронных источниках.

Но иногда на стационарных нейтронныхисточниках тоже используются с применением прерывателя (чоппер) нейтронного пучка.Рефлектометры с время – пролетным методом имеют преимущество в исследовании жидкихобразцов, так как при проведении эксперимента с время – пролетным методом не требуетсяменять угол скольжения или положение образца. Так же по время пролетной методикеможно провести измерения зеркальное и незеркального отражения от поверхности ималоугловые рассеяния нейтронов при скользящем падении (МУРНСП).Зеркальное отражение нейтронов от поверхностности происходит тогда, когдаповерхность структуры гладкая, следовательно, углы падения и отражения должны бытьодинаковыми. Зеркальное отражение нейтронов дает Брэгговские пики на кривойкоэффициента отражения.

Обычно эти пики имею большую интенсивность. С применениемзеркального отражения нейтронов изучают распределения плотности атомов и магнитныхмоментов по глубине исследуемого образца. В качестве образцов можно использоватьтонкие пленки, периодические многослойные структуры и апериодические структуры.Незеркальным или диффузным рассеянием нейтронов называется отражение, когдауглы падения и отражения разные. Диффузное рассеяние имеет место в случае, когдаповерхность образца или границы многослойной структуры имеют структуру в латеральномнаправлении. Исследование диффузного рассеяния позволяет изучить, как поверхностнуюшероховатость, так и шероховатость между слоями в многослойной структуре. Приисследовании незеркального рассеяния по время-пролетной методике с одиночнымдетектором возможны измерения спектров для набора углов скольжения  1 при неизменномположении детектора с узкой щелью, т.е.

спектральные кривые качания или спектральные53сканирования по  для набора значений  1 при фиксированной величине нормальной кповерхности образца компоненты переданного импульса Q z .Измерение малоугловых рассеяний нейтронов при скользящем падении (МУРНСП)является одним из возможности нейтронных рефлектометров. Если поверхностная структурасодержит наночастицы, или наночастицы находятся на твердой или жидкой поверхности, тонеобходимо использовать метод малоуглового рассеяния нейтронов при скользящемпадении.

Кроме того, нейтронные рефлектометры позволяют включить в себя компонентыдля измерения спинового эхо. Таким образом, с помощью нейтронных рефлектометровможно исследовать динамику поверхностной структуры.В Таблице 1 представлены рефлектометры, работающие по время-пролетной методике.Таблица 1. Список время-пролетных нейтронных рефлектометровУстановкаИсточникПлоскость образца,Qz , A-1ΔQ/Q, %нейтроныSurf [21]ISISГоризонт, поляриз.0.048 - 1.1Crisp [23]ISISГоризонт, поляриз.0.006 -1.0Platipus [23]OPALГоризонт, поляриз.0.005 - 0.5REFSANS [24]FRMIIГоризонт, поляриз.0,001 – 1FIGARO [25]ILLГоризонт., неполяр.0.002 – 0.42EROS [26]LLBГоризонт., неполяр.0,001 - 0,44ROG [27]TU, DelftГоризонт, поляриз.0,003 - 2,3[28]SNSВерт., поляриз.0,001 - 0,3[39]SNSГоризонт, неполяриз.0,005 - 0,6542-204ARISA [30]KENSГоризонт, неполяриз.0,008 - 0,61PORE [31]KENSВерт., поляриз.0,015 - 0,7Рефлекс [32]ИБР-2, ОИЯИВерт., поляриз.0,003 - 0,2Ремур1 [33]ИБР-2, ОИЯИВерт., поляриз.0,006 - 0,7GRAINS [34]ИБР-2, ОИЯИГоризонт., поляр.0,001 - 0,6Горизонт [35]ИН-06, ИЯИВерт., неполяр.0,003 - 0,75<7,523-101,6-202.2.1.

Время-пролетный рефлектометр REFSANSВремя-пролетный рефлектометр REFSANS является одним из самых современныхрефлектометров. Этот рефлектометр находится на базе нейтронного источника FRM-II(Мюнхен, Германия). Рефлектометр REFSANS работает с использованием вертикальнойгеометрии рассеяния нейтронов, которая позволяет исследовать жидкие поверхности. Схемавремя-пролетного рефлектометра представлена на рис. 30 Рефлектометр REFSANS былразработан для использования зеркального отражения нейтронов, также в нем используетсяопция для рассеяния нейтронов при скользящем падении (GISANS) для исследованиятвердых образцов и интерфейсов между жидкостью и воздухом.55Рис.

20. Схема время-пролетного рефлектометра REFSANS. 1 - нейтроновод NL 2b, 2 – главныйчоппер, 3 – элементы нейтроновода, 4 – подстраиваемый чоппер 1+2, 5 – изменяемый поляризатор, 6– элементы нейтроновода, 7 – узел образца, 8 – детектор.Нейтронный пучок из реактора по нейтроноводу (1) направляется к системному блоку,который состоит из набора чопперов и элементов нейтроновода. Главный чоппер (2)прерывает нейтронный пучок. Нейтронные импульсы далее проходят по нейтроноводу (3) довторой чопперной системы, в котором находится два чоппера (4).

Затем нейтроны проходячерез поляризатор (5) и элементы нейтроновода (6) поступают на образец (7). Отраженныйпучок нейтроннов от образца регистрируется детектором (8).Использование полихроматического пучка и время-пролетной методики (TOF) наREFSANS обеспечивает широкий диапазон по переданному импульсу Q z . Типичные кривыекоэффициента отражения записываются с использованием трех углов падения, чтобыпокрыть диапазон по Q z = 0 – 2 нм-1.Универсальность рефлектометра REFSANS основана на том, что с одной стороныразрешение по длине волны можно настроить от 0.2% до 10%, с другой стороны имеетсявозможность независимо регулировать горизонтальную и вертикальную расходимость спомощью сложной оптической системы.

Эти две характеристики позволяют оптимальновыполнить как рефлектометрическое измерение, так и GISANS. Для заданного образцаможно легко переключаться между этими двумя конфигурациями и тем самым полностьюисследовать его структуру, не меняя извне поле или другие параметры (температура,химический состав окружающей среды т.д.).56Для рефлектометрического измерения на рефлектометре REFSANS можно получитьзасветку поверхности образца длиной до 80 мм, чтобы максимизировать интенсивность. ДляGISANS, используются вплоть до 13 точечных пучков, которые падают на образец ифокусируются на 2D позиционно-чувствительном детекторе, расположенном на расстоянии9 м. Данная установка позволяет разрешить латеральную часть структуры образца сразмерами до нескольких микрометров.

Характеристики

Список файлов диссертации