CS265486B1

CS265486B1 - Two-crystal neutron dufractometre

Info

Publication number: CS265486B1
Application number: CS869542A
Authority: CS
Inventors: Pavol Rndr Csc Mikula; Petr Rndr Lukas; Jiri Ing Csc Kulda; Rudolf Ing Drsc Michalec
Original assignee: Pavol Rndr Csc Mikula; Petr Rndr Lukas; Jiri Ing Csc Kulda; Rudolf Ing Drsc Michalec
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1989-10-13
Also published as: CS954286A1

Abstract

Zařízení pro měření maloúhlového rozptylu termálních neutronů na bázi elasticky deformovaných monokrystalů, které slouží ke studiu mikrostruktury kondenzovaných látek. Účelem je zvýšení efektivnosti sběru experimentálních dat při měření maloúhlového rozptylu na difraktometru v dvoukrystalovém bezdispersním uspořádáni. Toto uspořádání elasticky deformovaných krystalů je vytvořené tak, že první krystal je uložen v poloze symetrické reflexe v geometrii na odraz a druhý krystal je uložen v poloze zcela asymetrické reflexe v geometrii na odraz, přičemž za výstupem druhého krystalu je upraven polohově citlivý detektor. Uvedeného účelu se dosáhne využitím zvláštního řezu druhého krystalu umožňujícího difrakci v geometrii úplné asymetrie, pomocí které se převádí úhlová závislost rozptylu pod malými úhly na prostorovou ve směru podélné osy krystalu. Prostorové rozložení míst, ve kterých dochází k sekundární difrakci neutronů prošlých vzorkem a rozptýlených pod malými úhly, umožňuje k jejich registraci a analýze místa difrakce použít polohově citlivého detektoru. Řešení je možné využít v jaderné fyzice, fyzice kondenzovaných látek, materiálovém výzkumu a chemii.Device for measuring small-angle scattering of thermal neutrons based on elastically deformed single crystals, which is used to study the microstructure of condensed matter. The purpose is to increase the efficiency of collecting experimental data when measuring small-angle scattering on a diffractometer in a two-crystal dispersionless arrangement. This arrangement of elastically deformed crystals is created so that the first crystal is placed in a symmetrical reflection position in the reflection geometry and the second crystal is placed in a completely asymmetrical reflection position in the reflection geometry, while a position-sensitive detector is arranged behind the output of the second crystal. The stated purpose is achieved by using a special cut of the second crystal allowing diffraction in a geometry of complete asymmetry, by means of which the angular dependence of scattering at small angles is converted to a spatial dependence in the direction of the longitudinal axis of the crystal. The spatial distribution of the locations where secondary diffraction of neutrons passing through the sample and scattered at small angles occurs allows the use of a position-sensitive detector to register and analyze the diffraction spot. The solution can be used in nuclear physics, condensed matter physics, materials research and chemistry.

Description

Vynález se týká dvoukrystalového neutronového difrektometru pro měření mikrostruktury kondenzovaných látek pomocí maloúhlového rozptylu, který je využíván v materiálovém výzkumu při zkoumání technologických postupů.The present invention relates to a two-crystal neutron diffractometer for measuring the microstructure of condensed matter by means of low-angle scattering, which is used in material research to investigate technological processes.

Dosud se k měření mikrostruktury kondenzovaných látek pomocí maloúhlového rozptylu termálních neutronů v oblasti rozptylových úhlů menších než 10 rad používá systému dvou monokrystalů v symetrickém geometrickém a bezdispersním difrakčním uspořádání, kde analýza rozptylu na malé úhly způsobeného vzorkem, umístěným mezi krystaly, je prováděna měřením závislosti intenzity odražených neutronů druhým krystalem pro různé úhlové odchylky od přesně paralelní polohy vzhledem k prvnímu krystalu.So far, a two-crystal system in symmetrical geometric and dispersive diffraction has been used to measure the microstructure of condensed matter by small-scale thermal neutron scattering in the region of scattering angles of less than 10 radius, where the analysis of small angle scattering caused by a sample placed between crystals reflected neutrons by the second crystal for different angular deviations from exactly parallel to the first crystal.

Nevýhoda tohoto zařízení spočívá především v nustnosti měření intenzity neutronů rozptýlených pod malými úhly po jednotlivých úhlových krocích natáčením druhého krystalu v určitém úhlovém intervalu.The disadvantage of this device lies mainly in the necessity of measuring the intensity of neutrons scattered at low angles by individual angular steps by rotating the second crystal at a certain angular interval.

Výše uvedený nedostatek odstraňuje dvoukrystalový neutronový difraktometr pro měření mikrostruktury kondenzovaných látek pomoci maloúhlového rozptylu podle vynálezu. Dva elasticky deformované krystaly v bezdispersním uspořádání, kde první krystal má orientaci pro symetrický odraz a druhý krystal orientaci pro zcela asymetrický odraz, umožňují měření maloúhlového rozptylu neutronů pomocí polohově citlivého detektoru, umístěného za výstupem druhého krystalu.The above-mentioned deficiency removes the two-crystal neutron diffractometer for measuring the microstructure of condensed matter by the low-angle scattering of the invention. Two elastically deformed crystals in a dispersion-free configuration, wherein the first crystal has a symmetric reflection orientation and the second crystal a completely asymmetric reflection orientation, allow the measurement of the low angle neutron scattering using a position sensitive detector located downstream of the second crystal exit.

Výhodou zařízení podle vynálezu je především použití polohově citlivého detektoru, který umožňuje převedeni úhlové závislosti rozptýlených neutronů vzorkem na prostorovou závislost a zkracuje sběr experimentálních dat 10 až lOOkrát a tím značně snižuje provozní náklady.The advantage of the device according to the invention is, in particular, the use of a position sensitive detector which enables the angular dependence of the scattered neutrons by the sample to be converted into spatial dependence and shortens the collection of experimental data by 10 to 100 times, thereby greatly reducing operating costs.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je uveden na výkresu, na kterém je znázorněn řez dvoukrystalovým bezdispersním uspořádáním dvou elasticky deformovaných krystalů v geometrii symetrické a úplně asymetrické polohy vzhledem k dopadajícímu svazku.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing, in which a cross-section of a two-crystal dispersed arrangement of two elastically deformed crystals in the geometry of a symmetrical and completely asymmetric position relative to the incident beam is shown.

První krystal 2 s difrakčními rovinami 2« vytvořenými paralelně k jeho podélné ose a druhý krystal 2 s difrakčními rovinami £ v poloze zcela asymetrické reflexe v geometrii na odraz jsou v bezdispersním uspořádání. Na difrakční roviny 2 prvního krystalu 2 dopadá polychromatický svazek 2 termálních neutornů. Odtud se odráží monochromatický svazek 2 termálních neutornů, který prochází štěrbinovou clonou T_ a vzorkem 2 a vstupuje do druhého krystalu 2 jeho čelní stranou 9. Neutrony nerozptýlené vzorkem 2 jsou odraženy difrakčními rovinami £ v oblasti 11 druhého krystalu 2 a neutrony rozptýlené jsou odraženy v oblasti 12 druhého krystalu 2. Velikost účinné plochy 10 difrakčníoh rovin 2 prvního krystalu 2 je určena velikostí otvoru štěrbinové clony 7_.The first crystal 2 with diffraction planes 2 'formed parallel to its longitudinal axis and the second crystal 2 with diffraction planes 6 in a position of completely asymmetric reflection in the reflection geometry are in a dispersed arrangement. On the diffraction planes 2 of the first crystal 2 a polychromatic beam 2 of thermal neutrons falls. This reflects the monochromatic beam of thermal neutrals 2, which passes through the aperture T1 and sample 2 and enters the second crystal 2 through its front side 9. Neutrons not scattered by sample 2 are reflected by diffraction planes v in region 11 of second crystal 2 and reflected neutrons are reflected in The size of the effective area 10 of the diffraction planes 2 of the first crystal 2 is determined by the size of the aperture 7 of the slit.

V dokonalém monokrystalu je difrakoe termálních neutronů dána Braggovým zákonem, tj. pouze ty neutrony difraktuji na rovinách dokonalého monokrystalu, pro které úhel dopadu a vlnová délka splňují Braggovu podmínku. V elasticky deformovaném monokrystalu dochází k odchylce od Braggova zákona a také k výběru jiných termálních neutornů, pro které je Braggova podmínka splněna lokálně.In a perfect single crystal, the diffraction of thermal neutrons is given by Bragg's law, ie only those neutrons diffract on planes of a perfect single crystal for which the incident angle and wavelength satisfy the Bragg condition. In the elastically deformed single crystal, there is a deviation from the Bragg's law and also a selection of other thermal neutrons for which the Bragg condition is met locally.

V dvoukrystalovém neutronovém difraktometru podle vynálezu dochází k odrazu monochromatic kého svazku 6 termálních neutronů na difrakčníoh rovinách £ druhého krystalu 2 pouze v místě se stejnou lokální Braggovou podmínkou, splněnou již při prvním odrazu na prvním krystaluIn the two-crystal neutron diffractometer according to the invention, the monochromatic beam 6 of the thermal neutrons is reflected on the diffraction planes δ of the second crystal 2 only at a location with the same local Bragg condition, met already at the first reflection on the first crystal

2· Symetrickým odrazem na difrakčnich rovinách 2 prvního krystalu 2 dochází podle lokálního splnění Braggova zákona k výběru monochromatických neutronů ze spojitého spektra, přičemž difrakční parametry jsou přesně určeny lokálním úhlem dopadu na difrakční roviny, typem difrakčnich rovin a typem elastické deformace. Hustota toku monochromatického svazku 6 termálních neutronů, procházejících štěrbinovou clonou 7_ přes zkoumaný vzorek 2 do druhého krystalu 2 je přímo úměrná velikosti účinné plochy 10 difrakčnich rovin 2 prvního krystalu a gradientu deformace ve směru kolmém k difrakčním rovinám 3. Bez vzorku .8 se monochromatic ký svazek 6 termálních neutronů, odražený v oblasti účinné plochy 10 difrakčních rovin 3, odraz! podruhé v oblasti 11 druhého krystalu 2. Při vloženém vzorku jí dochází při průchodu monochromatického svazku 6 neutornů na mikrodefektech vzorku 8 k maloúhlovému rozptylu neutronů, přičemž pro rozptýlené nefitrony již nejsou splněny lokální Braggovy podmínky v oblasti 11 druhého krystalu 2, ale v oblastech 12, které jsou prostorově oddělené od oblasti 11 Gradient deformace je výhodné u druhého krystalu 2 volit větší nežli u prvního krystalu JL a tak zmenšit délku oblasti 11 druhého krystalu 2 vzhledem k délce účinné plochy 10 difrakčních rovin Ji. Prostorové rozlišení neutronů prošlých vzorkem ji umožňuje polohově citlivý detektor 132 · Symmetric reflection on the diffraction planes 2 of the first crystal 2 selects monochromatic neutrons from the continuous spectrum according to local compliance with Bragg's law, the diffraction parameters being precisely determined by the local angle of incidence on the diffraction planes, the type of diffraction planes and the type of elastic deformation. The density of the monochromatic beam 6 of thermal neutrons passing through the aperture 7 through the sample 2 into the second crystal 2 is directly proportional to the effective area 10 of the first crystal diffraction planes 2 and the deformation gradient in the direction perpendicular to the diffraction planes. the thermal neutron beam 6, reflected in the effective area 10 of the diffraction planes 3, the reflection! for the second time in region 11 of the second crystal 2. In the embedded sample, it passes through a monochromatic beam of 6 neutrons on the microdefects of sample 8 to a small angular neutron scattering, and for scattered nephrons the local Bragg conditions are no longer met in region 11 of the second crystal 2 but in regions 12, which are spatially separated from the deformation zone 11, it is advantageous to select greater in the second crystal 2 than in the first crystal 11, and thus to reduce the length of the second crystal region 11 relative to the effective surface area 10 of the diffraction planes. The spatial resolution of neutrons passed through the sample is enabled by a position-sensitive detector 13

Jako nejvýhodnější pro zařízení podle vynálezu se k praktickému použití jeví destičky dokonalých monokrystalů se zanedbatelnou absorpcí jako je např. Si.Most preferred for use in the device of the present invention are platelets of perfect single crystals with negligible absorption, such as Si.

Zařízení podle vynálezu je možné s výhodou použít v jaderné fyzice, fyzice kondenzovaných látek, materiálovém výzkumu a chemii.The device according to the invention can be advantageously used in nuclear physics, condensed matter physics, material research and chemistry.

Claims

A two-crystal neutron diffractometer for measuring the microstructure of condensed matter using low-angle scattering based on a two-crystal dispersed arrangement of elastically deformed crystals, characterized in that the first crystal (1) is positioned in symmetrical reflection position in reflection geometry and the second crystal (2) asymmetric reflection in geometry, to reflection, wherein a position-sensitive detector (13) is provided downstream of the output of the second crystal (2).