CN210376193U - 双列单晶中子分析器单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种双列单晶中子分析器单元，包括：底板，用于定位在光路系统中；分析器支架，设置在所述底板上且呈音叉形；第一列单晶，设置在所述分析器支架的前侧；第二列单晶，设置在所述分析器支架的后侧。本实用新型的分析器支架采用布置两列单晶且均以Rowland圆为聚焦模式，既能满足能量分辨率要求，又能充分利用中子束中子通量大幅提高。同时，该分析器支架采用梯形燕尾槽和梯形燕尾导轨的配合使用，既方便安装多个分析器支架安装又能够高精度地保证同轴性，可以探测更多种能量的中子，使得不同能量的中子分析器探测的动量点具有可比性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种中子谱仪，具体是关于一种双列单晶中子分析器单元，属于中子散射技术领域。
背景技术
中子分析器是中子非弹性散射谱仪的核心部件之一。利用布拉格衍射定律，中子分析器用于从经样品散射的中子束中选择分析某一能量的中子。经中子分析器选择出的中子的能量通常称为最终能量。传统的中子三轴谱仪，在水平散射平面内，利用中子分析器和探测器实现逐个(能量、动量)点的测量分析模式，但是探测效率太低。科学家们一直在探索能够同时进行多通道多种能量大范围能量、动量点的测量分析模式。
公开号为US7099437B2的美国专利公开了一种在水平散射平面内的可改变中子能量的双晶分析器联动装置，而国外文献“MACS—a new high intensity cold neutronspectrometer at NIST，J.A.Rodriguez等，Meas.Sci.Technol.19，2008”报道了通过将上述专利(US7099437B2)所公开的双晶分析器联动装置沿着以样品为中心的圆周阵列而成一个覆盖152°范围的中子分析探测系统，能够同时在一种水平散射平面内进行20个通道能量、动量测量。国外文献“The FlatCone multianalyzer setup for ILL's three-axisspectrometers，M.Kempa等，Phys.B 385-386，2006”报道了一种在垂直散射平面内覆盖75°范围的31个通道分析探测系统，每个通道设置两种能量的聚焦中子分析器，每次选择其中的一种能量进行测量分析，但未报道中子分析器的聚焦模式和结构；国外文献“CAMEA—Anovel multiplexing analyzer for neutron spectroscopy，Felix Groitl等，Rev.Sci.Instrum.87,2016”和“MultiFLEXX- The new multi-analyzer at the coldtriple-axis spectrometer FLEXX，Felix Groitl 等，Sci.Rep.7(1)，2017”报道了在垂直散射平面内由多个以Rowland圆为聚焦模式的分析器原理，该分析器采用单列单晶，由于单晶之间的间隙比较大，使得一部分样品散射的中子直接穿过缝隙，造成中子束的浪费和实验中子通量低，从而大大影响测量效率，但上述两篇文献也未报道分析器的具体结构。
而国内对于用于多能量多动量点测量的中子分析器单元的研究尚属空白。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种既能实现高能量分辨率又能有效提高中子利用率，且非常方便地用以阵列方式扩展成多种能量和动量测量的双列单晶中子分析器单元。
为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种双列单晶中子分析器单元，包括：底板，用于定位在光路系统中；分析器支架，设置在所述底板上且呈音叉形；第一列单晶，设置在所述分析器支架的前侧；第二列单晶，设置在所述分析器支架的后侧。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，在所述底板上设置有梯形燕尾导轨，所述梯形燕尾导轨上沿长度方向间隔开设有多个销孔；所述分析器支架包括：底座，所述底座的底部形成有与所述梯形燕尾导轨相配合的梯形燕尾槽；第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板关于所述底座的长度方向平行对称设置在所述底座上，且所述第一侧板和第二侧板倾斜向上延伸；第一列单晶槽，形成于所述第一侧板和第二侧板的前斜面；第二列单晶槽，形成于所述第一侧板和第二侧板的后斜面；定位销孔，开设在位于所述第一侧板和第二侧板之间的所述底座上；所述第一列单晶和第二列单晶分别依次对称定位在所述分析器支架的第一列单晶槽和第二列单晶槽中，所述分析器支架通过所述梯形燕尾槽安装在所述梯形燕尾导轨上，第一定位销轴穿过所述分析器支架的定位销孔和所述梯形燕尾导轨的销孔，以确定所述分析器支架相对所述梯形燕尾导轨沿着光路方向的位置。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，两个以上所述分析器支架相互对称地安装在所述梯形燕尾导轨上。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，所述分析器支架上的所述第一列单晶槽的数量为奇数，所述第二列单晶槽的数量为偶数，且所述第二列单晶槽的数量比所述第一列单晶槽的数量多一个，所述第一列单晶槽和第二列单晶槽自上而下从前向后均呈交错结构。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，所述第一列单晶和第二列单晶的两端分别用一个单晶压盖通过螺钉固定在所述分析器支架上，所述单晶压盖呈倒L型，采用含硼橡胶材料加工而成。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，所述底板呈前窄后宽的扇形，所述底板的前端具有一圆柱销孔，后端具有一长销孔，所述底板通过穿过其前端圆柱销孔的第二定位销轴和穿过其后端长销孔的第三定位销轴，以将所述底板定位在整个光路系统中。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，以所述分析器支架的底面为基准，所述第一列单晶槽和第二列单晶槽的角度精度为±0.01°，位置精度为±0.01mm，直线度精度为0.004mm；所述梯形燕尾槽和梯形燕尾导轨的对称度精度为±0.01mm，平面度精度为0.008mm。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，所述分析器支架的第一侧板和第二侧板的内侧距离比所述第一列单晶和第二列单晶的长度小4mm，所述第一侧板和第二侧板的厚度为6mm。
所述的双列单晶中子分析器单元，优选的，所述第一列单晶槽包括自上而下布置的第一前单晶槽、第二前单晶槽和第三前单晶槽；所述第二列单晶槽包括自上而下布置的第一后单晶槽、第二后单晶槽、第三后单晶槽和第四后单晶槽；
所述第一列单晶包括第一前单晶、第二前单晶和第三前单晶；所述第二列单晶包括第一后单晶、第二后单晶、第三后单晶和第四后单晶，所述第一列单晶和第二列单晶的长度相同。
本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型的分析器支架采用布置两列单晶且均以Rowland圆为聚焦模式，既能满足能量分辨率要求，又能充分利用中子束中子通量大幅提高。2、本实用新型的分析器支架采用梯形燕尾槽和梯形燕尾导轨的配合使用，既方便安装多个分析器支架安装又能够高精度地保证同轴性，可以探测更多种能量的中子，使得不同能量的中子分析器探测的动量点具有可比性。3、本实用新型采用含硼橡胶压盖质地既能避免擦伤、磨损晶片，又能有效地将晶片固定到分析器支架上。4、本实用新型将底板设置成呈前窄后宽的扇形，因此一套分析器支架连同底板能够沿着以样品为中心的圆周阵列成一个大角度范围的中子分析器系统，同时探测多个能量、动量，极大地提高了测量效率。
附图说明
图1是本实用新型的立体结构示意图；
图2是本实用新型的另一立体结构示意图；
图3是本实用新型分析器支架的立体结构示意图；
图4是本实用新型的第一列单晶和第二列单晶的位置示意图；
图5是本实用新型的3meV能量的分析器支架上各单晶槽和各单晶的位置示意图；
图6是本实用新型的5meV能量的分析器支架上各单晶槽和各单晶的位置示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。
如图1、图2所示，本实用新型提供的双列单晶中子分析器单元，包括：底板70，用于定位在光路系统中；分析器支架10，呈音叉形，分析器支架10设置在底板70上；第一列单晶20，设置在分析器支架10的前侧；第二列单晶30，设置在分析器支架10 的后侧。
在上述实施例中，优选的，在底板70上设置有梯形燕尾导轨50，梯形燕尾导轨 50上沿长度方向间隔开设有多个销孔。如图1、图3所示，分析器支架10包括：底座 13，底座13的底部形成有与梯形燕尾导轨50相配合的梯形燕尾槽17；第一侧板11 和第二侧板12，第一侧板11和第二侧板12关于底座13的长度方向平行对称设置在底座13上，且第一侧板11和第二侧板12倾斜向上延伸；第一列单晶槽14，形成于第一侧板11和第二侧板12的前斜面；第二列单晶槽15，形成于第一侧板11和第二侧板12的后斜面；定位销孔16，开设在位于第一侧板11和第二侧板12之间的底座 13上。第一列单晶20和第二列单晶30分别依次对称定位在分析器支架10的第一列单晶槽14和第二列单晶槽15中，分析器支架10通过梯形燕尾槽17安装在梯形燕尾导轨50上，第一定位销轴60穿过分析器支架10的定位销孔16和梯形燕尾导轨50的销孔，以确定分析器支架10相对梯形燕尾导轨50沿着光路方向的位置。
在上述实施例中，优选的，两个以上分析器支架10相互对称地安装在梯形燕尾导轨50上，由此可以在一个底板70上扩展成多个分析器支架10的阵列，扩展后的多个分析器支架10的对称性也更好。
在上述实施例中，优选的，分析器支架10上的第一列单晶槽14的数量为奇数，第二列单晶槽15的数量为偶数，且第二列单晶槽15的数量比第一列单晶槽14的数量多一个，第一列单晶槽14和第二列单晶槽15自上而下从前向后均呈交错结构。
在上述实施例中，优选的，第一列单晶20和第二列单晶30的两端分别用一个单晶压盖40通过螺钉固定在分析器支架10上，单晶压盖40呈倒L型，采用含硼橡胶材料加工而成，含硼橡胶材料质地软硬合适，既能够固定单晶又避免损伤单晶，而且还能够有效地吸收散射中子，有效提高信噪比。
在上述实施例中，优选的，如图1、图2所示，底板70呈前窄后宽的扇形，底板 70的前端具有一圆柱销孔，后端具有一长销孔，底板70通过穿过其前端圆柱销孔的第二定位销轴80和穿过其后端长销孔的第三定位销轴90，以将底板70定位在整个光路系统中。
在上述实施例中，优选的，以分析器支架10的底面为基准，第一列单晶槽14和第二列单晶槽15的角度精度为±0.01°，位置精度为±0.01mm，直线度精度为0.004mm；梯形燕尾槽17和梯形燕尾导轨50的对称度精度为±0.01mm，平面度精度为0.008mm。
在上述实施例中，优选的，分析器支架10的第一侧板11和第二侧板12的内侧距离比第一列单晶20和第二列单晶30的长度小4mm，第一侧板11和第二侧板12的厚度为6mm。
在上述实施例中，优选的，如图3所示，第一列单晶槽14包括自上而下布置的第一前单晶槽141、第二前单晶槽142和第三前单晶槽143；第二列单晶槽15包括自上而下布置的第一后单晶槽151、第二后单晶槽152、第三后单晶槽153和第四后单晶槽 154。
在上述实施例中，优选的，如图1，图2所示，第一列单晶20包括第一前单晶201、第二前单晶202和第三前单晶203；第二列单晶30包括第一后单晶301、第二后单晶 302、第三后单晶303和第四后单晶304，第一列单晶20和第二列单晶30的长度相同。
在上述实施例中，优选的，分析器支架10上各单晶槽和各单晶的位置及尺寸的确定方法包括以下步骤：
1)定义样品中心为O点，并沿水平方向建立X轴，在X轴上取A点和A′点，A点为第二前单晶202的中心点，A点和A′点之间的水平距离为L，B点和B′点分别为第一探测器的中心点和第二探测器的中心点，B点和B′点之间的水平距离亦为L，B点和B′点与X轴之间的垂直距离为H；定义在垂直平面内的中子发散角位于OE′和OE″线之间；
2)定义OAB为第一个Rowland(罗兰)圆，定义OA′B′为第二个Rowland圆，第一前单晶201、第二前单晶202和第三前单晶203的中心位于第一个Rowland圆上，第一后单晶301、第二后单晶302、第三后单晶303和第四后单晶304的中心位于第二个 Rowland圆上；
3)第一前单晶201，第二前单晶202和第三前单晶203的端点自上而下分别定义为a、b、c、d、e、f；连接Oc线确定在c点的反射线cc′，在第一个Rowland圆上调整第一前单晶201的中心位置，直到端点b与cc′无交叉；连接Oe线确定在e点的反射线ee′，在第一个Rowland圆上调整第三前单晶203的中心位置，直到端点d与ee′无交叉；确定aa″，bb″，cc″，dd″，ee″，ff″六条平行于X轴的直线；
4)第一后单晶301、第二后单晶302、第三后单晶303和第四后单晶304的端点自上而下分别定义为g，h，i，j，k，l，m，n；首先调整使得gh位于aa″与OE′确定的区域内，ij位于bb″和cc″确定的区域内，kl位于dd″与ee″确定的区域内，mn位于 ff″与样品发散角度确定的线；连接Om线确定在m点的反射线mm′，在第二个Rowland 圆上调整第三后单晶303的中心位置，直到l点与mm′无交叉；连接Ok线确定在k点的反射线kk′，调整第二后单晶302的中心位置，直到j点与pp′无交叉；连接Oi线确定在i点的反射线ii′，调整第一后单晶301的中心位置，直到h点与ii′无交叉；
5)依据上述方法多次调整，使得第一列单晶20和第二列单晶30的宽度总和最大，确定出第一前单晶201、第二前单晶202、第三前单晶203、第一后单晶301、第二后单晶302、第三后单晶303和第四后单晶304的宽度；
6)再根据各单晶的厚度和宽度分别确定与之对应的各单晶槽的中心位置和宽度。
在上述实施例中，优选的，L＝38mm，H＝500mm。
实施例1：如图5所示，3meV能量的分析器支架10上各单晶槽和各单晶的位置及尺寸如下：
OA＝960mm；
第一前单晶槽141：52.33°±0.01°，第一前单晶201的中心点坐标(6.22，20.39)；
第二前单晶槽142：51.12°±0.01°，第二前单晶202的中心点坐标(0，0)；
第三前单晶槽143：49.95°±0.01°，第三前单晶203的中心点坐标(-6.82，-19.41)；
第一后单晶槽151：52.89°±0.01°，第一后单晶301的中心点坐标(46.52，31.06)；
第二后单晶槽152：51.70°±0.01°，第二后单晶302的中心点坐标(41.01，10.16)；
第三后单晶槽153：50.56°±0.01°，第三后单晶303的中心点坐标(34.90，-9.74)；
第四后单晶槽154：49.33°±0.01°，第四后单晶304的中心点坐标(27.42，-30.92)；
第一前单晶201、第二前单晶202、第三前单晶203、第一后单晶301、第二后单晶302、第三后单晶303和第四后单晶304的尺寸均为30mm(长度)×12mm(宽度)×2mm (厚度)。
实施例2：如图6所示，5meV能量的分析器支架10上各单晶槽和各单晶的位置及尺寸如下：
OA＝1265mm；
第一前单晶槽141：38.37°±0.01°，第一前单晶201的中心点坐标(19.45，28.71)；
第二前单晶槽142：37.09°±0.01°，第二前单晶202的中心点坐标(0，0)；
第三前单晶槽143：35.88°±0.01°，第三前单晶203的中心点坐标(-19.45， -26.19)；
第一后单晶槽151：38.73°±0.01°，第一后单晶301的中心点坐标(62.98，38.06)；
第二后单晶槽152：37.71°±0.01°，第二后单晶302的中心点坐标(47.75，14.29)；
第三后单晶槽153：36.50°±0.01°，第三后单晶303的中心点坐标(28.62，-13.15)；
第四后单晶槽154：35.43°±0.01°，第四后单晶304的中心点坐标(10.59，-36.94)；
第一前单晶201、第二前单晶202、第三前单晶203、第一后单晶301、第四后单晶304的尺寸均为36mm(长度)×16mm(宽度)×2mm(厚度)，第二后单晶302和第三后单晶303的尺寸均为36mm(长度)×22mm(宽度)×2mm(厚度)。
上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种双列单晶中子分析器单元，其特征在于，包括：
底板(70)，用于定位在光路系统中；
分析器支架(10)，设置在所述底板(70)上且呈音叉形；
第一列单晶(20)，设置在所述分析器支架(10)的前侧；
第二列单晶(30)，设置在所述分析器支架(10)的后侧。
2.根据权利要求1所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，在所述底板(70)上设置有梯形燕尾导轨(50)，所述梯形燕尾导轨(50)上沿长度方向间隔开设有多个销孔；
所述分析器支架(10)包括：
底座(13)，所述底座(13)的底部形成有与所述梯形燕尾导轨(50)相配合的梯形燕尾槽(17)；
第一侧板(11)和第二侧板(12)，所述第一侧板(11)和第二侧板(12)关于所述底座(13)的长度方向平行对称设置在所述底座(13)上，且所述第一侧板(11)和第二侧板(12)倾斜向上延伸；
第一列单晶槽(14)，形成于所述第一侧板(11)和第二侧板(12)的前斜面；
第二列单晶槽(15)，形成于所述第一侧板(11)和第二侧板(12)的后斜面；
定位销孔(16)，开设在位于所述第一侧板(11)和第二侧板(12)之间的所述底座(13)上；
所述第一列单晶(20)和第二列单晶(30)分别依次对称定位在所述分析器支架(10)的第一列单晶槽(14)和第二列单晶槽(15)中，所述分析器支架(10)通过所述梯形燕尾槽(17)安装在所述梯形燕尾导轨(50)上，第一定位销轴(60)穿过所述分析器支架(10)的定位销孔(16)和所述梯形燕尾导轨(50)的销孔，以确定所述分析器支架(10)相对所述梯形燕尾导轨(50)沿着光路方向的位置。
3.根据权利要求2所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，两个以上所述分析器支架(10)相互对称地安装在所述梯形燕尾导轨(50)上。
4.根据权利要求2所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，所述分析器支架(10)上的所述第一列单晶槽(14)的数量为奇数，所述第二列单晶槽(15)的数量为偶数，且所述第二列单晶槽(15)的数量比所述第一列单晶槽(14)的数量多一个，所述第一列单晶槽(14)和第二列单晶槽(15)自上而下从前向后均呈交错结构。
5.根据权利要求1所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，所述第一列单晶(20)和第二列单晶(30)的两端分别用一个单晶压盖(40)通过螺钉固定在所述分析器支架(10)上，所述单晶压盖(40)呈倒L型，采用含硼橡胶材料加工而成。
6.根据权利要求1所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，所述底板(70)呈前窄后宽的扇形，所述底板(70)的前端具有一圆柱销孔，后端具有一长销孔，所述底板(70)通过穿过其前端圆柱销孔的第二定位销轴(80)和穿过其后端长销孔的第三定位销轴(90)，以将所述底板(70)定位在整个光路系统中。
7.根据权利要求2所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，以所述分析器支架(10)的底面为基准，所述第一列单晶槽(14)和第二列单晶槽(15)的角度精度为±0.01°，位置精度为±0.01mm，直线度精度为0.004mm；所述梯形燕尾槽(17)和梯形燕尾导轨(50)的对称度精度为±0.01mm，平面度精度为0.008mm。
8.根据权利要求2所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，所述分析器支架(10)的第一侧板(11)和第二侧板(12)的内侧距离比所述第一列单晶(20)和第二列单晶(30)的长度小4mm，所述第一侧板(11)和第二侧板(12)的厚度为6mm。
9.根据权利要求2所述的双列单晶中子分析器单元，其特征在于，所述第一列单晶槽(14)包括自上而下布置的第一前单晶槽(141)、第二前单晶槽(142)和第三前单晶槽(143)；所述第二列单晶槽(15)包括自上而下布置的第一后单晶槽(151)、第二后单晶槽(152)、第三后单晶槽(153)和第四后单晶槽(154)；
所述第一列单晶(20)包括第一前单晶(201)、第二前单晶(202)和第三前单晶(203)；所述第二列单晶(30)包括第一后单晶(301)、第二后单晶(302)、第三后单晶(303)和第四后单晶(304)，所述第一列单晶(20)和第二列单晶(30)的长度相同。
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|---|---|
| CN (1) | CN210376193U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110082376A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-02 | 中国人民大学 | 一种双列单晶中子分析器单元 |
| CN112130218A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-12-25 | 浙江大华技术股份有限公司 | 探测盒组件 |
-
2019
- 2019-05-20 CN CN201920721607.7U patent/CN210376193U/zh not_active Withdrawn - After Issue
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110082376A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-02 | 中国人民大学 | 一种双列单晶中子分析器单元 |
| CN110082376B (zh) * | 2019-05-20 | 2024-01-30 | 中国人民大学 | 一种双列单晶中子分析器单元 |
| CN112130218A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-12-25 | 浙江大华技术股份有限公司 | 探测盒组件 |
| CN112130218B (zh) * | 2020-08-11 | 2024-04-26 | 浙江大华技术股份有限公司 | 探测盒组件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20200421 Effective date of abandoning: 20240130 |
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