CN208140611U - 一种用于中子小角散射的掠入射实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于中子小角散射的掠入射实验装置。该实验装置包含准直组件、固定基座、深度扫描限束组件、多维度运动组件、样品台组件。该实验装置采用的反射实验几何实现了薄膜样品小角散射信号的测量，采用的限束孔位置及大小均连续可调的限束组件实现了大型机械部件表层小角散射信号的深度扫描。本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置配合中子小角散射谱仪使用，可有效测量薄膜样品内部和大机械部件表层的小角中子散射信号，同时可以实现大机械部件近表层结构的深度扫描，具有结构简单、性能可靠的特点，应用前景广泛。
Description
技术领域
本实用新型属于中子小角散射应用中的环境加载技术领域，具体涉及一种用于中子小角散射的掠入射实验装置。
背景技术
中子小角散射为无损深度检测的一种有效手段，可探测固态或者液态系统中纳米到亚微米尺度的结构信息，对于材料科学、生物制药、物理研究、工程应用等都具有重要意义。常规小角实验采用透射几何，测量信号与样品厚度密切相关，因此很难测量薄膜样品内部与机械部件表层结构特征。掠入射中子小角散射指的是中子以很小的角度，即材料临界角附近的角度入射到样品表面发生的小角度散射信号，由于采用了反射几何，因此可以测量薄膜样品内的纳米及亚微米尺度结构信息，以及大型机械部件深度方向的结构变化特征。
小角中子散射技术在国内正处于起步阶段，相应的各种技术发展尚有所欠缺。中国专利文献库公开了名称为《一种用于掠入射X射线小角散射实验的真空冷热台》（公开号：CN106979957A）的专利申请，该专利申请提供了一种适用于X射线小角的掠入射实验测量装置，但是由于X射线与中子具有很大差异，该发明的准直、屏蔽以及整体结构都不适用于中子小角散射。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于中子小角散射的掠入射实验装置。
本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特点是，所述的实验装置包括准直组件、固定基座、深度扫描限束组件、多维度运动组件和样品台组件；
所述的准直组件包括同水平轴的源光阑、真空飞行腔和样品光阑，真空飞行腔为水平放置的密闭的真空腔，入口端窗口安装源光阑，出口端窗口安装样品光阑；
所述的深度扫描限束组件包括入射束限束装置和出射束限束装置；所述的固定基座的上表面为平面，上表面安装有多维度运动组件，入射束限束装置和出射束限束装置对称安装在多维度运动组件的两侧，样品台组件固定在多维度运动组件的上面；
所述的多维度运动组件包含横向、纵向、垂直方向的三维平动装置和绕横向轴、绕纵向轴、绕垂直轴的三维转动装置；所述的样品台组件包括样品固定装置和包覆在样品固定装置外表面的复合屏蔽层；所述的准直组件、深度扫描限束组件的外表面包覆中子屏蔽材料；
所述的实验装置的工作过程如下：
中子束从源光阑入射，经真空飞行腔后，从样品光阑穿出，再经入射束限束装置入射至样品台组件的样品表面，在样品的表层反射或透射，反射或透射的中子束从出射束限束装置穿出后到达中子探测器。
所述的真空飞行腔的入口端窗口和出口端窗口材料为蓝宝石或金属铝。
所述的真空飞行腔安装有中子导管，中子导管的数量可调。
所述的入射束限束装置和出射束限束装置的限束孔的中心位置和大小连续可调。
所述的多维度运动组件的平动精度优于0.1 mm，转动精度优于0.05o。
所述的样品台组件的样品固定装置为水平固定装置或竖直固定装置。
所述的样品台组件的复合屏蔽层包括中子屏蔽层和伽玛射线屏蔽层。
所述的中子屏蔽材料为Cd、Gd、10B、6Li中的一种或一种以上的复合材料。
本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置中的准直部件依托于通常的中子小角散射谱仪，前后两端增加特定的光阑片，通过调节接入的中子导管的长度实现准直距离的调节。固定基座、深度扫描限束组件、多维度运动组件和样品台组件组装为一个整体，在实验过程中整体放置于中子小角散射谱仪的样品台处，并不影响常规中子小角散射实验的开展。
本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置通过将透射光学改变为反射光学，提升了中子小角散射实验的应用范围，使其可有效测量薄膜样品内部和大机械部件表层的小角中子散射信号，同时可以实现大机械部件近表层结构的深度扫描，具有广泛的应用前景。本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置具有结构简单、性能可靠的特点。
附图说明
图1为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的结构示意图；
图2为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例1的俯视图；
图3为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例1的前视图；
图4为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例1的左视图；
图5为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例1的多维度运动组件的前视图；
图6为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例1的样品台组件俯视图；
图7为本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置的实施例2的样品台组件俯视图；
图中，0.中子束 11.源光阑 12.真空飞行腔 121.中子导管 13.样品光阑 2.固定基座 31.入射束限束装置 310.固定支架 311.水平限束左侧闸刀 312.水平限束右侧闸刀313.竖直限束上侧闸刀 314.竖直限束下侧闸刀 32.出射束限束装置 4.多维度运动组件41.横向平移组件 42.纵向平移组件 43.垂直平移组件 44.绕横轴转动组件 45.绕纵轴转动组件 46.绕垂直轴转动组件 5.样品台组件 51.内部空腔 52.外部复合屏蔽层 53.外接真空软管 54.样品吸附孔道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型。
以下实施例仅是对本实用新型的进一步说明，而不应当视为对本实用新型范围的限制。凡是依据本实用新型的上述内容作出的一些非本质的改进和调整，仍旧属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型的用于中子小角散射的掠入射实验装置包括准直组件、固定基座2、深度扫描限束组件、多维度运动组件4和样品台组件5；
所述的准直组件包括同水平轴的源光阑11、真空飞行腔12和样品光阑13，真空飞行腔12为水平放置的密闭的真空腔，入口端窗口安装源光阑11，出口端窗口安装样品光阑13；
所述的深度扫描限束组件包括入射束限束装置31和出射束限束装置32；所述的固定基座2的上表面为平面，上表面安装有多维度运动组件4，入射束限束装置31和出射束限束装置32对称安装在多维度运动组件4的两侧，样品台组件5固定在多维度运动组件4的上面；
所述的多维度运动组件4包含横向、纵向、垂直方向的三维平动装置和绕横向轴、绕纵向轴、绕垂直轴的三维转动装置；所述的样品台组件5包括样品固定装置和包覆在样品固定装置外表面的复合屏蔽层；所述的准直组件、深度扫描限束组件的外表面包覆中子屏蔽材料；
所述的实验装置的工作过程如下：
中子束从源光阑11入射，经真空飞行腔12后，从样品光阑13穿出，再经入射束限束装置31入射至样品台组件5的样品表面，在样品的表层反射或透射，反射或透射的中子束从出射束限束装置32穿出后到达中子探测器。
所述的真空飞行腔12的入口端窗口和出口端窗口材料为蓝宝石或金属铝。
所述的真空飞行腔12安装有中子导管，中子导管的数量可调。
所述的入射束限束装置31和出射束限束装置32的限束孔的中心位置和大小连续可调。
所述的多维度运动组件4的平动精度优于0.1 mm，转动精度优于0.05o。
所述的样品台组件5的样品固定装置为水平固定装置或竖直固定装置。
所述的样品台组件5的复合屏蔽层包括中子屏蔽层和伽玛射线屏蔽层。
所述的中子屏蔽材料为Cd、Gd、10B、6Li中的一种或一种以上的复合材料。
实施例1
如图2-图6所示，在本实施例中0为中子束，源光阑11直径4 mm，样品光阑13直径 2mm，真空飞行腔12长度为11 m，内部接入中子导管121长度 2 m，得到准直距离11-2=9 m。
在本实施例中，所述的入射束限束装置31和出射束限束装置32通过固定支架310连接到固定基座2上，二者均由独立运动的四刀片四驱动装置组成，包括水平限束左侧闸刀311、水平限束右侧闸刀312、竖直限束上侧闸刀313和竖直限束下侧闸刀314。
在本实施例中，所述的多维度运动台组件4包含六维运动组件，从底部到顶部依次为横向平移组件41、纵向平移组件42、垂直平移组件43、绕横轴转动组件44、绕纵轴转动组件45和绕垂直轴转动组件46。
在本实施例中，所述的样品台组件5由内部空腔51和外部复合屏蔽层52组成，外部复合屏蔽层52由内向外依次为50 mm 厚度铝支架、5 mm厚度铅屏蔽层和3 mm厚度镉屏蔽层。内部空腔51通过外接真空软管53连接机械泵，同时通过样品吸附孔道54与空气连通。样品置于样品台组件5上表面时，打开机械泵，从而将样品牢固吸附在样品台组件5表面。
在本实施例中，通过绕横轴运动组件44和绕纵轴运动组件45确保样品表面与水平面平行，横向平移组件41、纵向平移组件42、垂直平移组件43确保样品上表面与中子束0对齐。在实验过程中，通过绕纵轴转动组件45的转动角度控制中子束0与样品表面的入射角度。
实施例2
本实施例的实施方式与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例的样品台适用于测量表面垂直于水平面的样品，图7所示为样品台组件5的俯视图。样品台组件5的底部固定于多维度运动组件4的上表面并随之进行平移或者转动，入射中子束0与样品表面的入射角大小由绕垂直轴转动组件46的转动角度控制。
Claims (6)
1.一种用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于，所述的实验装置包括准直组件、固定基座（2）、深度扫描限束组件、多维度运动组件（4）和样品台组件（5）；
所述的准直组件包括同水平轴的源光阑（11）、真空飞行腔（12）和样品光阑（13），真空飞行腔（12）为水平放置的密闭的真空腔，入口端窗口安装源光阑（11），出口端窗口安装样品光阑（13）；
所述的深度扫描限束组件包括入射束限束装置（31）和出射束限束装置（32）；所述的固定基座（2）的上表面为平面，上表面安装有多维度运动组件（4），入射束限束装置（31）和出射束限束装置（32）对称安装在多维度运动组件（4）的两侧，样品台组件（5）固定在多维度运动组件（4）的上面；
所述的多维度运动组件（4）包含横向、纵向、垂直方向的三维平动装置和绕横向轴、绕纵向轴、绕垂直轴的三维转动装置；所述的样品台组件（5）包括样品固定装置和包覆在样品固定装置外表面的复合屏蔽层；所述的准直组件、深度扫描限束组件的外表面包覆中子屏蔽材料。
2.根据权利要求1所述的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于：所述的真空飞行腔（12）安装有中子导管，中子导管的数量可调。
3.根据权利要求1所述的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于：所述的入射束限束装置（31）和出射束限束装置（32）的限束孔的中心位置和大小连续可调。
4.根据权利要求1所述的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于：所述的多维度运动组件（4）的平动精度优于0.1 mm，转动精度优于0.05o。
5.根据权利要求1所述的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于：所述的样品台组件（5）的样品固定装置为水平固定装置或竖直固定装置。
6.根据权利要求1所述的用于中子小角散射的掠入射实验装置，其特征在于：所述的样品台组件（5）的复合屏蔽层包括中子屏蔽层和伽玛射线屏蔽层。
Priority Applications (1)
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| CN201820423209.2U CN208140611U (zh) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 一种用于中子小角散射的掠入射实验装置 |
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