DE19936899C2 - Neutron optical component - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein neutronenoptisches Bauelement, das aus einer sich wiederholenden Schichtenfolge aus neutronenleitenden Schichten und neutronenbeeinflussenden Schichten besteht, wobei die neutronenleitende Schicht aus einer Metallfolie gebildet ist.The invention relates to a neutron optical component that consists of a repeating layer sequence of neutron-conducting layers and neutron-influencing layers, the neutron-conducting Layer is formed from a metal foil.
Als neutronenoptische Bauelemente bezeichnet man Bauteile zum Leiten, zum Ablenken und zum gezielten Beeinflussen eines Neutronenstrahls, insbesondere eines subthermischen Neutronenstrahls. Solche neutronenoptischen Bauelemente werden als Experimentierhilfsmittel bei Experimenten mit Neutronen verwendet. Um spezielle Untersuchungen durchführen zu können, müssen die Neutronen bestimmte Eigenschaften aufweisen. Für bestimmte Experimente werden Neutronen benötigt, die nur eine bestimmte Divergenz aufweisen. Für andere Experimente ist es erforderlich, daß auf einer relativ kleinen Fläche eine relativ hohe Beleuchtungsstärke erreicht wird, d. h. es ist eine Fokussierung des Neutronenstrahls erwünscht.Neutron optical components are components for conducting, for deflecting and specifically influencing a neutron beam, especially a sub-thermal neutron beam. Such neutron optical components are used as experimental aids Experiments with neutrons used. For special investigations To be able to perform, the neutrons must have certain properties exhibit. For certain experiments, neutrons are needed, which only show a certain divergence. For other experiments it is required that in a relatively small area a relatively high one Illuminance is reached, d. H. it is a focus of the Neutron beam desired.
So ist beispielsweise in Neutron News Vol. 10 No. 1 (1999) S. 17-19 B. E. Allman et al ein Kollimator zur Erzeugung eines Neutronenstrahls mit geringer Divergenz beschrieben, der aus einer Schichtenfolge von neutronenleitenden Schichten und neutronenabsorbierenden Schichten besteht. For example, in Neutron News Vol. 10 No. 1 (1999) pp. 17-19 B.E. Allman et al used a collimator to generate a neutron beam described low divergence, which consists of a layer sequence of neutron-conducting layers and neutron-absorbing layers consists.
Zur Ablenkung und Fokussierung eines Neutronenstrahls in einem Neutronenleiter wird in der DE 18 03 806 C3 eine Einrichtung beschrieben, bei der eine in einer Ebene gekrümmte Fläche abwechselnd mit einer die Neutronen total reflektierenden und einer für die Neutronen durchlässigen Schicht versehen ist. Die neutronendurchlässige Schicht besteht aus Aluminium und hat eine Dicke von einigen Mikrometern, während die reflektierende Schicht eine Dicke von einigen Zehntel Mikrometern aufweist.For deflecting and focusing a neutron beam in one A device is described in DE 18 03 806 C3 for neutron guides, where a surface curved in one plane alternates with a die Totally reflective neutrons and one that is transparent to the neutrons Layer is provided. The neutron permeable layer consists of Aluminum and has a thickness of a few micrometers, while the reflective layer has a thickness of a few tenths of a micrometer.
Eine weitere Einrichtung zur Fokussierung eines Neutronenstrahls ist in Neutron News Vol. 10 No. 1 (1999) S. 20-23 B. E. Allman et al eine "Lobster-Eye" Optic beschrieben. Bei der "Lobster-Eye" Optic werden eine Vielzahl von Einzelelementen, die jeweils zwei senkrecht aufeinanderstehende verspiegelte Seitenflächen aufweisen, neben- und übereinander zu einem Bauelement zusammengefügt.Another device for focusing a neutron beam is in Neutron News Vol. 10 No. 1 (1999) pp. 20-23 B.E. Allman et al "Lobster-Eye" Optic described. With the "Lobster-Eye" Optic one Large number of individual elements, each two vertically have superimposed mirrored side surfaces, side and joined together to form a component.
Der Nachteil des bekannten Kollimators besteht darin, daß damit ein Neutronenstrahl erzeugt wird, der lediglich in einer Richtung (x-Richtung) eine geringe Divergenz aufweist. Soll dagegen ein Neutronenstrahl erreicht werden, der in beiden Richtungen (x- und y-Richtung) eine geringe Divergenz aufweist, müssen zwei derartige Kollimatoren, die gegeneinander um 90° gedreht sind, hintereinander angeordnet werden. Damit verdoppelt sich die Absorption und der Wirkungsgrad nimmt ab. Außerdem ist die geometrische Abmessung einer derartigen Anordnung wesentlich größer.The disadvantage of the known collimator is that a Neutron beam is generated which is only in one direction (x direction) has a low divergence. In contrast, a neutron beam is to be reached be a small one in both directions (x and y direction) Divergence has two such collimators that are against each other are rotated by 90 °, can be arranged one behind the other. So doubled the absorption and the efficiency decrease. Besides, that is Geometric dimension of such an arrangement is much larger.
Die bekannten Einrichtungen zur Fokussierung eines Neutronenstrahls haben die Nachteile, daß neben der großen geometrischen Abmessung die Herstellung der Einrichtungen sehr aufwendig und kompliziert ist.The known devices for focusing a neutron beam have the disadvantages that in addition to the large geometric dimensions Manufacture of the facilities is very complex and complicated.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein neutronenoptisches Bauelement vorzuschlagen, das kleine Abmessungen und damit geringe Verluste aufweist sowie kostengünstig herzustellen ist. The object of the invention is a neutron optical To propose component, the small dimensions and thus small Has losses and is inexpensive to manufacture.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das neutronenoptische Bauelement mindestens eine Schichtenfolge aus einer neutronenleitenden Schicht und mindestens einer weiteren die Neutronen beeinflussenden Schicht gebildet ist, deren Form annähernd der Mantelfäche eines Hohlzylinders entspricht, dessen Achse annähernd in Strahlrichtung verläuft und die Schichtenfolge konzentrisch zur optischen Achse des Bauelements angeordnet ist. Die Schichtenfolge wiederholt sich, beginnend an der Achse des Bauelements, aneinanderanliegend so oft bis das Bauelement einen Durchmesser aufweist der mindestens dem Durchmesser des zu beeinflussenden Neutronenstrahls entspricht. Die neutronenleitende Schicht besteht aus einer Metallfolie.According to the invention this object is achieved in that the neutron optical Component at least one layer sequence from a neutron-conducting layer and at least one further layer influencing the neutrons is formed is, whose shape corresponds approximately to the surface of a hollow cylinder, the The axis runs approximately in the beam direction and the layer sequence is concentric is arranged to the optical axis of the component. The sequence of layers repeats itself starting from the axis of the component until the component has a diameter of at least that Corresponds to the diameter of the neutron beam to be influenced. The neutron-conducting layer consists of a metal foil.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Kollimator weist eine Schichtenfolge aus jeweils einer neutronenleitenden Schicht und einer absorbierenden Schicht auf. Die Divergenz des Neutronenstrahls am Ausgang des Bauelements wird durch die Kanalbreite und die Länge des Bauelements bestimmt.A collimator designed according to the invention has a layer sequence each have a neutron-conducting layer and an absorbing layer. The divergence of the neutron beam at the output of the component is determined by the Channel width and the length of the component is determined.
Das neutronenoptische Bauelement kann auch als fokussierende Neutronenlinse ausgebildet sein, indem die Schichtenfolge aus der neutronenleitenden Schicht, einer auf der neutronenleitenden Schicht angeordneten neutronenreflektierenden Schicht und einer auf der neutronenreflektierenden Schicht angeordneten neutronenabsorbierenden Schicht besteht.The neutron optical component can also be used as a focusing neutron lens be formed by the layer sequence of the neutron-conducting layer, a neutron reflecting layer arranged on the neutron conducting layer Layer and a arranged on the neutron reflecting layer neutron absorbing layer.
In einer Ausführungsform wird jede Schichtenfolge jeweils als Mantelfläche eines Hohlzylinders ausgebildet wobei die Hohlzylinder unterschiedliche Durchmesser auf weisen und passend ineinander angeordnet sind.In one embodiment, each layer sequence is in each case a shell surface Hollow cylinder formed, the hollow cylinder different diameters on points and are arranged to fit into each other.
In einer anderen Ausführungsform ist die Schichtenfolge als spiralförmiger Wickelkörper ausgebildet, der nahezu konzentrisch zur optischen Achse des Bauelements angeordnet ist.In another embodiment, the layer sequence is more spiral Formed winding body that is almost concentric to the optical axis of the Component is arranged.
Das Bauelement weist vorteilhafterweise für die neutronenleitenden Schichten Schichtdicken im Bereich von 100 µm und für die neutronenbeeinflussenden Schichten Schichtdicken im Bereich von 10 µm auf. Da das neutronenoptische Bauelement rotationssymmetrisch aufgebaut ist, erfolgt eine Beeinflussung der das Bauelement passierenden Neutronen stets in beiden Richtungen, nämlich in der x-Richtung als auch in der y- Richtung. Es wird ein Neutronenstrahl erzeugt, der eine gleichmäßige Ausleuchtung mit einer Punktsymmetrie in der Abbildungsebene ermöglicht.The component advantageously has for the neutron-conducting layers Layer thicknesses in the range of 100 µm and for layers affecting neutrons Layer thicknesses in the range of 10 µm on. Because the neutron-optical component is rotationally symmetrical the neutrons passing through the component are influenced always in both directions, namely in the x-direction as well as in the y- Direction. A neutron beam is generated that is uniform Illumination with a point symmetry in the imaging plane enables.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail using exemplary embodiments become. The associated drawings show:
Fig. 1 Ausführung als Kollimator (Längsschnitt); Fig. 1 embodiment as a collimator (longitudinal section);
Fig. 2 Ausführung als Kollimator (Querschnitt); Fig. 2 design as a collimator (cross section);
Fig. 3 Segmentausschnitt aus Fig. 2; FIG. 3 segment detail from FIG. 2;
Fig. 4 Ausführung als Sammellinse (Längsschnitt); Fig. 4 execution as a converging lens (longitudinal section);
Fig. 5 Ausführung als Sammellinse (Querschnitt). Fig. 5 design as a converging lens (cross section).
In Fig. 1 ist ein neutronenoptisches Bauelement im Längsschnitt dargestellt, das als Kollimator ausgebildet ist. Die neutronenleitende Schicht A ist eine Metallfolie, an deren eine Fläche sich eine absorbierende Schicht B anschließt. Diese Schichtenfolge wiederholt sich symmetrisch zur Mittelachse vielfach, bis ein Bauelement mit einer Stärke erreicht wird, die mindestens dem Strahldurchmesser entspricht. Dieses Bauelement wird in Längsrichtung in den Strahlengang eingefügt. Nachfolgend wird die Wirkungsweise des Kollimators anhand der Fig. 1 beschrieben.In Fig. 1, a neutron optical component is shown in longitudinal section, which is designed as a collimator. The neutron-conducting layer A is a metal foil, on one surface of which an absorbing layer B is connected. This layer sequence is repeated symmetrically to the central axis until a component with a thickness that corresponds at least to the beam diameter is reached. This component is inserted into the beam path in the longitudinal direction. The mode of operation of the collimator is described below with reference to FIG. 1.
Der Kollimator hat die Aufgabe, aus einem divergenten Neutronenstrahl einen nahezu parallelen Neutronenstrahl zu selektieren, indem alle Neutronen n1, n2, n3, n4, die einen vorgegebenen Winkel überschreiten, absorbiert werden. Ob die Neutronen n1, n2, n3, n4, die an der ersten Seitenfläche KS1 in die neutronenleitende Schicht A des Kollimators eintreten, an einer absorbierenden Schicht B absorbiert werden oder an der zweiten Seitenfläche KS2 das Bauelement verlassen können, wird durch den Eintrittswinkel der Neutronen n1, n2, n3, n4, die Kanalbreite der neutroneneleitenden Schicht A und die Länge des Bauelements vorgegeben. Somit wird der Austrittswinkel der Neutronen n3, n4 aus dem Bauelement durch die Kanalbreite der neutroneneleitenden Schicht A und die Länge des Bauelements bestimmt. Die neutronenleitende Schicht A wird, durch die sich wiederholende Schichtenfolge, stets von zwei absorbierenden Schichten B begrenzt. Der zylinderförmige Kollimator ist in seiner Längsrichtung eben ausgebildet. Die Neutronen n1 und n2, die mit einem größeren von der mittleren Strahlrichtung abweichenden Winkel durch die erste Seitenfläche KS1 in die neutronenleitende Schicht A des Kollimators eintreten, treffen auf eine absorbierende Schicht B und werden absorbiert. Dagegen treffen die Neutronen n3 und n4, die nur gering von der Strahlrichtung abweichen, auf keine absorbierende Schicht und verlassen an der zweiten Seitenfläche KS2 den Kollimator. An dieser Darstellung wird deutlich, daß die Divergenz der austretenden Neutronen n3 und n4 von der Kanalbreite der neutronenleitenden Schicht A und der Baulänge des Kollimators bestimmt wird. Mit abnehmender Kanalbreite und zunehmender Baulänge nimmt die Divergenz des austretenden Neutronenstrahls ab. Der Eintrittswinkel der Neutronen in das Bauelement ist viel größer als der Austrittswinkel, mit dem die Neutronen das Bauelement verlassen.The task of the collimator is from a divergent neutron beam to select an almost parallel neutron beam by all Neutrons n1, n2, n3, n4 that exceed a predetermined angle, be absorbed. Whether the neutrons n1, n2, n3, n4, the first Side surface KS1 in the neutron-conducting layer A of the collimator occur, are absorbed on an absorbent layer B or on the second side surface KS2 can leave the component is by the entrance angle of the neutrons n1, n2, n3, n4, the channel width of the neutron-conducting layer A and the length of the component given. Thus the exit angle of the neutrons n3, n4 from the Component by the channel width of the neutron-conducting layer A and determines the length of the component. The neutron-conducting layer A due to the repeating layer sequence, always two absorbing layers B limited. The cylindrical collimator is in flat in its longitudinal direction. The neutrons n1 and n2 with a larger angle deviating from the central beam direction through the first side surface KS1 into the neutron-conducting layer A of Collimators enter, meet an absorbent layer B and become absorbed. In contrast, the neutrons hit n3 and n4, which are only slightly different from the Beam direction deviate to no absorbent layer and leave on the second side surface KS2 the collimator. At this presentation clearly that the divergence of the emerging neutrons n3 and n4 from the Channel width of the neutron-conducting layer A and the overall length of the Collimator is determined. With decreasing channel width and increasing The divergence of the emerging neutron beam decreases in length. The The angle of entry of the neutrons into the component is much larger than that Exit angle with which the neutrons leave the component.
Die Fig. 2 zeigt im Querschnitt den rotationssymmetrischen Aufbau des Bauelements, wodurch die Neutronen beim Durchgang durch das Bauelement stets in der x-Richtung als auch in der y-Richtung beeinflußt werden. Die Achse des Bauelements liegt in der z-Richtung und diese entspricht der Strahlrichtung des Neutronenstrahls (mittlere Flugrichtung der Neutronen). Diese Schichtenfolge wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß eine ebene Schichtenfolge bestehend aus einer Metallfolie A und der neutronenabsorbierenden Schicht B aufgewickelt wird, wodurch ein zylinderförmiges Bauelement entsteht. Sollten, technologisch bedingt durch den Wickelanfang der Metallfolie A, im Zentrum des Bauelements keine exakt definierten Bedingungen realisierbar sein, kann dieser Bereich durch Anordnung einer entsprechenden Blende ausgeblendet werden. Da dieser Bereich sehr klein ist, hat diese Maßnahme keinen merklichen Einfluß auf die Wirkungsweise des Bauelements. Fig. 2 shows in cross section the rotationally symmetrical structure of the component, whereby the neutrons during the passage through the device always in the x-direction and y-direction are also affected in the. The axis of the component lies in the z direction and this corresponds to the beam direction of the neutron beam (mean flight direction of the neutrons). This layer sequence is advantageously achieved in that a flat layer sequence consisting of a metal foil A and the neutron-absorbing layer B is wound up, whereby a cylindrical component is created. If, due to the technology due to the start of winding of the metal foil A, no precisely defined conditions can be realized in the center of the component, this area can be masked out by arranging a corresponding screen. Since this area is very small, this measure has no noticeable influence on the mode of operation of the component.
Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Querschnitts gemäß Fig. 2. Jedes Neutron n, welches mit einem größeren von der Strahlrichtung abweichenden Winkel, in y-Richtung oder in x-Richtung oder jeder dazwischenliegenden Richtung über die erste Seitenfläche KS1 in das Bauelement eintritt, trifft auf eine absorbierende Schicht B und wird absorbiert. Nur Neutronen, welche mit einem geringeren von der Strahlrichtung abweichenden Winkel, in y-Richtung oder in x-Richtung oder jeder beliebigen dazwischenliegenden Richtung über die erste Seitenfläche KS1 in das Bauelement eintreten, treffen auf keine absorbierende Schicht B und verlassen das Bauelement auf seiner zweiten Seitenfläche KS2. Dadurch wird ein nahezu paralleler Neutronenstrahl mit definierter Divergenz erzeugt, der eine punktsymmetrische Ausleuchtung in der Abbildungsebene ermöglicht. Der Durchmesser des erzeugten nahezu parallelen Neutronenstrahls entspricht annähernd dem Durchmesser des neutronenoptischen Bauelements. FIG. 3 shows an enlarged section of the cross section according to FIG. 2. Each neutron n, which has a larger angle deviating from the beam direction, in the y direction or in the x direction or any direction in between via the first side face KS1 into the component occurs, meets an absorbent layer B and is absorbed. Only neutrons that enter the component at a smaller angle deviating from the beam direction, in the y direction or in the x direction or in any intermediate direction via the first side surface KS1, do not hit an absorbing layer B and leave the component on its second Side surface KS2. This creates an almost parallel neutron beam with a defined divergence, which enables point-symmetrical illumination in the imaging plane. The diameter of the nearly parallel neutron beam generated corresponds approximately to the diameter of the neutron optical component.
In Fig. 4 ist ein neutronenoptisches Bauelement im Längsschnitt dargestellt, das als fokussierende Linse ausgebildet ist. Die neutronenleitende Schicht A ist eine Metallfolie, an deren eine Fläche sich eine reflektierende Schicht C anschließt, der sich wiederum eine absorbierende Schicht B anschließt. Diese Schichtenfolge wiederholt sich symmetrisch zur Mittelachse vielfach, bis ein Bauelement mit einer Stärke erreicht wird, die mindestens dem Strahldurchmesser entspricht. Die neutronenleitende Schicht A wird, durch die sich wiederholende Schichtenfolge, jeweils von einer reflektierenden Schicht C und einer absorbierenden Schicht B begrenzt. Die zylinderförmige Sammellinse ist in ihrer Längsrichtung eben ausgebildet. Die Neutronen n5 und n6, die nur gering von der Strahlrichtung abweichen und durch die erste Seitenfläche LS1 in die neutronenleitende Schicht A der Sammellinse eintreten, treffen auf eine reflektierende Schicht C und werden dort reflektiert. Aufgrund des kleinen Reflexionswinkels treten sie auf der zweiten Seitenfläche LS2 aus dem Bauelement aus, ohne auf eine absorbierende Schicht B zu treffen. Dagegen trifft das Neutron n7, das mit einem relativ großen von der Strahlrichtung abweichenden Winkel durch die erste Seitenfläche LS1 in die neutronenleitende Schicht A der Sammellinse eintritt, auf eine reflektierende Schicht C und wird dort reflektiert. Aufgrund des großen Reflexionswinkels trifft dieses Neutron, bevor es das Bauelement auf der zweiten Seitenfläche LS2 verlassen kann, auf eine absorbierende Schicht B und wird absorbiert. Da die reflektierende Schicht C jeweils außen liegt, werden die Neutronen n5, n6, n7 stets in Richtung auf die optische Achse des Bauelements reflektiert, so daß eine Fokussierung des Neutronenstrahls erreicht wird. Durch die Anordnung einer absorbierenden Schicht B, jeweils auf der Innenseite der neutronenleitenden Schicht A wird bewirkt, daß keine Neutronen in Richtung von der optischen Achse weg reflektiert werden können.In FIG. 4 is a neutron-optical device is shown in longitudinal section, which is designed as a focusing lens. The neutron-conducting layer A is a metal foil, to the surface of which there is a reflective layer C, which in turn is followed by an absorbent layer B. This layer sequence is repeated symmetrically to the central axis until a component with a thickness that corresponds at least to the beam diameter is reached. The repetitive layer sequence delimits the neutron-conducting layer A by a reflecting layer C and an absorbing layer B. The cylindrical converging lens is flat in its longitudinal direction. The neutrons n5 and n6, which deviate only slightly from the beam direction and enter the neutron-conducting layer A of the converging lens through the first side surface LS1, strike a reflecting layer C and are reflected there. Because of the small reflection angle, they emerge from the component on the second side surface LS2 without hitting an absorbent layer B. In contrast, the neutron n7, which enters the neutron-conducting layer A of the converging lens through the first side surface LS1 at a relatively large angle which deviates from the beam direction, hits a reflecting layer C and is reflected there. Because of the large reflection angle, this neutron hits an absorbing layer B before it can leave the component on the second side surface LS2 and is absorbed. Since the reflecting layer C is on the outside, the neutrons n5, n6, n7 are always reflected in the direction of the optical axis of the component, so that the neutron beam is focused. The arrangement of an absorbing layer B, in each case on the inside of the neutron-conducting layer A, means that no neutrons can be reflected in the direction away from the optical axis.
In Fig. 5 ist ein neutronenoptisches Bauelement im Querschnitt dargestellt, das als fokussierende Linse ausgebildet ist. Der Schichtenaufbau des rotationssymmetrischen Bauelements wird in diesem Fall realisiert durch einzelne Hohlzylinder, die passend ineinander angeordnet sind. Vorteilhafterweise werden Hohlzylinder, die aus der neutronenleitenden Schicht A gebildet sind mit der reflektierenden Schicht C sowie der absorbierenden Schicht B versehen und als Einzelschichtenfolge passend ineinander angeordnet.In Fig. 5, a neutron-optical device is shown in cross-section, which is formed as a focusing lens. In this case, the layer structure of the rotationally symmetrical component is realized by means of individual hollow cylinders which are suitably arranged one inside the other. Hollow cylinders, which are formed from the neutron-conducting layer A, are advantageously provided with the reflecting layer C and the absorbing layer B and are suitably arranged one inside the other as individual layers.
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- 1999-07-29 DE DE1999136899 patent/DE19936899C2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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