JP2005516195A - 中性子ビームまたは中性子パルスを所期のようにスペクトル成形するための中性子光学構成要素装置 - Google Patents

Abstract

中性子散乱を用いた構造調査等の種々異なる用途に対して、低速中性子が必要である。低速中性子は、適切な減速体を用いた制動によって、高速中性子から得られる。公知の装置では実験場所に、それぞれ１つの単独スペクトル（冷または熱または熱外）を有する中性子ビームが供給される。この単独スペクトルは、必要なエネルギー領域を有する中性子から構成されるが、僅かであるが他の２つのエネルギー領域からも構成される。この場合には、様々な中性子エネルギーを伴う種々異なる用途への柔軟性はない。本発明による中性子光学構成要素装置（NOA）では、個々の減速体（CNM,TNM）のビーム路（CBL,TBL）が所期のように統合され、これによって、効果的な平均放射方向（EBL）を有する、重畳された中性子ビーム（SBL）が生じる。重畳された中性子ビーム（SBL）はマルチスペクトルを有している。このマルチスペクトルは、複数の減速体（CNM,TNM）の単独スペクトルから構成されている。これによってより幅の広いスペクトル幅が得られ、このスペクトル幅によって、中性子の異なるエネルギー領域における種々異なる使用が可能になる。殊にエネルギーに依存する切換式スーパーミラー（SSM）の形状のさらなる中性子光学構成要素（NOC）によって、マルチスペクトルは、減速体間の切換によって強さに関してもビームの質に関してもさらに改善される。

Description

本発明は、種々異なる形態で実現された、密に隣り合って配置された複数の減速体（モデレータ）を有する高速中性子源と少なくとも１つの実験場所との間で、中性子管路およびビーム管において中性子ビームまたは中性子パルスを所期のようにスペクトル成形するための中性子光学構成要素装置に関する。ここでこの減速体は、異なるエネルギースペクトルを有する低速中性子を生じさせるとともに、中性子を所定の出射方向に放射する。

中性子ビームは、幅の広いスペクトルに用いられる。このようなスペクトルは、物質構造研究の分野における単なる基本研究から使用間近な調査にわたる学術的な調査に用いられる。ここで中性子は、物質内に侵入するいわゆるゾンデとして用いられる。原子構造物質に衝突した中性子は、原子に特徴的なように散乱されるか、特徴的なビームを放射して原子によって吸収される。殆どの用途では（例えば中性子散乱でも）、核反応によって生じた高速中性子を減速することによって得られる低速中性子を供給することが必要である。高速中性子の強力な中性子ビームは主に、研究原子炉内で濃縮ウランを分裂させることによって時間的に一定な流れを有して生成されるか、またはスパレーション源において重い原子核の分裂によってパルス状に生成される。

高速中性子はまず、高速中性子と接触する、いわゆる「減速体」によって所期のように減速される。ここでこれは簡単に表現すると、所定の温度で特定の性質を有する気体、液体または固体出現形式での物質集合体である。高速中性子が減速材のできるだけ軽い原子と相互作用することによって、エネルギーおよび波長が濃縮物質での実験に適した値を有するまで高エネルギー中性子が著しく制動される。運動学的エネルギー分布を有する中性子ガスが生じる。この運動学的エネルギー分布はマクスウェル速度分布によって所定の温度で近似する。ここでこれは、ガスの原子速度にその相対的頻度を割り当てる、論理的に導出された関数である。しかしマクスウェルスペクトルの効果的な温度は、減速体物質の温度より若干高い。この関連で、例えば（重）水、鉛、ベリリウム、グラファイト等である中性子反射体も低速中性子を生じさせることをここで言及しておく。しかし減速体によってマクスウェルスペクトルによって近似可能なスペクトルとは異なるスペクトルを有する。しかし主に中性子流を高めるために用いられる反射体も中性子低速化に寄与する。従って、反射体は広い意味で中性子光学構成要素として減速体のグループに分類可能である。同じように水または中性子源の他の全ての構造体等であるプレモデレータも、主に低速な中性子を放出する減速体のグループに分類可能である。

減速体材料の温度に応じて、低速中性子は「熱外（heisse）」「熱（thermische）」「冷（kalte）」中性子に区別される。これによって減速体も「熱外」「熱」「冷」減速体に区別される。このコンテクストでは低速中性子は、１ｅＶ以下の領域の運動学的エネルギーを有する中性子である。高い速度および短い波長を有する熱外中性子は、１００ｍｅＶを上回る領域の運動エネルギーを有し、殊に液体での散乱実験に適している。熱中性子は、１０ｍｅＶ〜１００ｍｅＶの領域の運動学的エネルギーを有しており、冷中性子は０. １ｍｅＶ〜１０ｍｅＶの領域の運動学的エネルギーを有している。比較的低い速度および大きい波長を有している冷中性子は殊に、生物学的物質を調査するための中性子散乱の使用に対して重要である。減速体は種々異なる構成形態で存在する。主に作り出される低速中性子の種類に応じて熱外減速体、熱減速体、冷減速体に区別される。スパレーション源における可能な減速体構成の概要は、D. Filges等著の論文Ｉ「Particle Transport Simulations of the Neutronic Performance of Moderators of the ESS Mercury Target-Moderator-Reflector System（http://www.hmi.de/bereiche/SF/ess/ESS＿moderators3.pdf, でインターネットから呼び出し可能。2002年1月18日現在）」に記載されている。例えば、冷中性子を生じさせる２５Ｋの領域の動作温度を有する液体水素減速体および、熱中性子を生じさせる動作温度として周辺温度を有する水減速体がある。しかしここで、冷減速体は熱中性子も熱外中性子も生成可能であり、熱減速体は冷中性子も熱外中性子も生成可能である。これはしかし常に、主に冷中性子または熱中性子または熱外中性子を生成するのに用いられる減速体よりも少なくとも低い規模の流を有する。

低速中性子を伴う種々異なる実験に対して、常に正しい、必要な中性子スペクトルを供給することができるように、公知の中性子源は種々異なる減速体と組み合わせて作動する。Jose R. Alonso著の論文ＩＩ「The Spallation Neutron Source Project, 1999年 Particle Accelerator Conferenceの議事録に記載, New York, 1999年, pp574〜578（http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/p99/PAPERS/FRAL1.pdf, でインターネットから呼び出し可能。2002年1月18日現在）」 から、室温に調節された２つの水減速体を、分裂されるべきターゲット材料を伴う面の下にポジショニングし、２０Ｋの動作温度を有する２つの超臨界水素減速体をターゲット面の上にポジショニングすることが公知である。各減速体はここで、中性子管路上の種々異なる１８の実験場所のうちの１つまたは複数の実現場所のみに、減速体によって生成された低速中性子スペクトルを供給する（論文ＩＩの図９および第６章を参照）。類似した構成が、N. WATANABEの論文ＩＩＩ「5.3-Material Issues for Spallation Target by GeV Proton Irradiation（http://wwwndc.tokai.jaeri.go.jp/nds/proceedings/1998/watanabe＿n.pdfでインターネットから呼び出し可能である。2002年1月18日現在）」からも公知である。ここには、冷中性子によってより集中的でより高度に分解される実験を実行するためのターゲット−減速体構成が記載されている。ここでは、プレモデレータおよび２つの熱減速体を有する結合された冷減速体が密に隣り合って、非常に高くかつ高速な中性子ビームの領域内でターゲットに配置されている（論文ＩＩＩ, 章４（２）〜（４）および図２を参照）。密に隣り合っているのにもかかわらず、中性子強度に作用を及ぼす、個々の減速体間のオーバートークが回避されるべきであることが、重要な点としてこの論文で指摘されている（論文ＩＩＩ, 章４（ｉｉ）を参照）。従ってこれらの減速体は、次のような角度で相互に配置されている。すなわち、それぞれ前方および後方へ配向された出射方向ないしは出力された中性子ビームが異なる空間方向へ配向され、重ならないような角度で相互配置されている。各減速体はこのようにして約４〜８個の実験場所に、特徴的なスペクトルを有する中性子ビームを供給する。これに加えて２つの面の間には、スペクトルを分離させる反射体が配置されている。

例えば最後に挙げた論文ＩＩＩに記載されているように減速体を公知のように使用する従来技術から、特定の実験に必要な中性子スペクトルを低速中性子から供給すること、並びにその生成において大きな問題が生じていることが分かる。殊に、手間およびコストがかかり、高い防御経費を必要とする中性子光学構成要素の構成に関して、従来技術では、個々の実験場所に対する中性子スペクトルの供給の際に柔軟性がない。各場所には中性子スペクトルが直接的に割り当てられた減速体タイプから供給される。この中性子スペクトルの最大値は主に生成された低速中性子を示す。実験場所での中性子ビームのスペクトルにおける変化は、中性子源の長期的な作動休止期間における減速体構成の大きな構造上の変化によってのみ実現される。個々の低速中性子形態より幅広く捕らえられたエネルギー領域での実験は不可能である、または非常に非効率的である。

従って本発明の課題は、実験場所での中性子ビームの供給に関して大きな柔軟性を有するように構成された、上位概念に相応する、冒頭に記載された形式の中性子ビームのスペクトルを所期のように成形するための中性子光学構成要素装置を提供することである。これによって、要求の変化時にコストのかかる構成変換措置は必要なくなる。殊により大きなエネルギー領域からの中性子を有する実験も可能である。さらに本発明によって供給可能な中性子ビームは、高い質を有している。本発明を実現するための手段は容易に構成可能かつ取り扱い可能であり、従って相対的に障害がなく、低コストである。現存する安全に関する観点が考慮され、付加的なリスクが回避されるだろう。

従って、上述の課題の解決方法として、冒頭に記載した形式の、中性子ビームまたは中性子パルスに所期のように影響を与える中性子光学構成要素装置では、減速体の出射方向が直接的に、またはさらなる中性子光学構成要素によって中性子管路または実験場所において重畳され、減速体から生成された、異なるエネルギースペクトルの低速中性子が、マルチスペクトルを有する重畳された中性子ビームにまとめられる。このマルチスペクトルは使用されている減速体の実施形態および数によって定められる。

本発明による中性子光学構成要素装置によって、種々異なる減速体のエネルギースペクトルが互いに組み合わされて、「マルチスペクトル」にされる。このようなマルチスペクトルを有する中性子ビーム（または中性子パルス−この選択肢は、概念「中性子ビーム」を用いるときに常に引き合いにだされるべきである）は殊に多面的に使用可能である。これは、１つの減速体によってのみ生成される各中性子ビームよりも大きなエネルギースペクトルを有しているので、本発明に従って重畳された中性子ビームによって、衝突する中性子の幅広いエネルギー領域（例えば０. １ｍｅＶ〜１００ｍｅＶ）における中性子実験も高い効率で実行可能である。ここで、重畳された中性子ビームのマルチスペクトルの組成は、使用された減速体の種類および数に依存する。例えば冷および熱減速体、または冷減速体、熱減速体および熱外減速体は、自身の広がり方向において統合可能である。同じように、特に幅の広いまたは特別に構成されたマルチスペクトルを得るための減速体タイプの異なる実施形態も、その放出において統合可能である。ここで異なる減速体の組み合わせには、構造上の制約のみが設けられている。なぜなら出射方向の統合は装置技術的にさらに是認可能なコストによって置き換え可能でなければならないからである。これに関連して、中性子システム内に存在する他の中性子光学構成要素並びに、中性子に減速作用を与える他の主機能を有する中性子源自体の一部、例えば反射体、中性子管路およびメインモデレータも、放出されたビームを共通の中性子ビームに統合することによるマルチスペクトルの組成において具体的に考慮されるということを言及しておく。従って、一回または複数回重畳された、多面的に使用可能な中性子ビームが生じる。ここで本発明の重点は、個々の中性子ビームを、相応に拡張されたエネルギースペクトルを有する共通の中性子ビームに統合することにある。これまで従来技術では常に、減速体作用領域の明確かつ一貫した分離が基になってきた。なぜならこれは、多大な技術的コストなしに適切な低速中性子ビームを、評価可能な測定結果を得るために供給することができる唯一の手段と考えられていたからである。柔軟性が低く、実行可能な実験が制限されてしまうという欠点は甘受され、相応数の種々異なる実験場所が構想されていた。

使用されている減速体の個々の中性子ビームを１つの共通の中性子ビームに重畳することは、中性子管路においても実験場所においても行うことができる。前者の場合には、個々の中性子ビームのように実験場所およびサンプルへ向けて中性子管路内に導かれる重畳された中性子ビームが生成される。後者の場合には、種々異なる中性子ビームがいわば、調査されるべきサンプルに焦点合わせされるので、重畳された中性子ビームは直接的にサンプル内に衝突する。実験場所自体での重畳された中性子ビームの利点は、個々の減速体の出射方向を統合するための比較的低い技術的コストである。最も簡単な場合には、隣り合う減速体は、出射方向の交点がサンプル内に、またはサンプルの直前に生じるような角度で相互に配向される。ここで本発明による中性子光学構成要素の発展形態では有利には、出射方向の直接的な重畳時に、これらが実験場所において所定の符号化パターンによって求められる。測定結果の評価には、異なる中性子の種類がサンプルに衝突する種々の出射方向を認識していることが重要である。これは殊に、パルス状中性子源では中性子飛行時間の監視によって行われる。連続的な中性子源の場合には、中性子ビームは相応にチョップされなければならない。低速中性子は、自身のエネルギースペクトル、ひいては自身の速度分布によって、冷および熱および熱外中性子に区別されるので、個々の中性子飛行時間を知ることによってパルスから、主に個々の減速体、ひいては減速体の出射方向への割り当てをサンプルに関連して行うことができる。

しかし実験における殆どの用途に対しては、中性子が全て共通の空間方向から調査されるべきサンプルに衝突することが重要である。このような共通の空間方向を以下で、概念「効果的な平均放射方向」とする。共通の放射方向を得るために、さらなる中性子光学構成要素による個々の中性子ビームの重畳が必要である。中性子ビームを所期のように導くための種々の構成要素が公知である。これらは基本的に全て、本発明による装置で減速体放出の統合化を実行するのに適している。これには次のような中性子管路自体も挙げられる。すなわち、本発明による構成に相応して自身の内部表面上にニッケルが積層されており（ＤＥ４４２３７８１Ａ１を参照）、特定の殊に平面的な角度で衝突する中性子を管内部において平面的に反射させる中性子管路である。ここで中性子管路の入口領域内に例えば異なる方向から到来する２つの中性子ビームが入射する場合、これらは中性子管路の過程において、中性子管路の内部反射によって所望の効果的な平均放射方向に導かれる。

さらに本発明の他の構成で、重畳された中性子ビームの効果的な平均放射方向を得るために、さらなる中性子光学構成要素によって出射方向を重畳する場合、さらなる中性子光学構成要素は振動するミラーとして構成される。この振動ミラーは、パルス状中性子源または連続的な中性子源のチョップされた中性子ビームと同期して振動する。振動ミラーによって、種々異なる減速体の中性子ビームが交互に、効果的な平均放射方向を有する重畳された中性子ビームに次第に挿入される。ミラーが例えば冷減速体および熱減速体の間で中性子パルス源のサイクルで振動し、衝突している冷中性子に対して正しい角度を有している場合、これはまず冷中性子パルスを平均放射方向に反射する。この場合にはミラー角度がパルスサイクルにおいて調整されるので、熱中性子は衝突し、熱中性子パルスが入力結合される。各他の中性子パルスは、平均放射方向の外にそらされる。核反射炉からの連続的な中性子ビームの場合には、機械的または他の作動形式のチョッパー装置が、連続的な中性子ビームを個々のパルスにチョップするために使用される。サンプルでの測定はこの実施形態では、中性子パルスのサイクルないしは振動サイクルで行われる。

既に上述したように、個々の減速体のエネルギースペクトルにおいて中性子エネルギーを有するそれぞれ２つの縁部領域が生じる。これは主に他の減速体によって生成される。実験時にサンプルに、例えば冷中性子のみが供給される場合、格段に僅かな数であるが、熱外および熱中性子も中性子ビーム内に存在する。本発明による中性子光学構成要素装置の他の発展形態では、エネルギー依存性の切換関数（Schaltfunktion）を有するさらなる中性子光学構成要素が構成されると特に有利である。このような実施形態では、アクティブな可動ミラーによって個々の中性子ビーム間で入り切り接続されるのではなく、入射している全中性子ビームに同時に干渉することができる中性子光学システムが設けられる。ここでは、エネルギー選択式切換関数を有している中性子光学構成要素が使用される。このような構成要素は次のように形成され、配向されている。すなわちこれらが例えば、所期のように成形されるべき多数の中性子を有する各減速体の中央エネルギー領域を通過させ、効果的な平均放射方向に入力結合させ、他方で、エネルギー的に異なる中性子を有する縁部領域を遮断するように形成および配向されている。切換関数によって、重畳された中性子ビームのマルチスペクトルは構成される。これは、個々の中性子の種類に対して、これを最大数で生成する減速体から相応する中性子を通過させることによって行われる。これによって冷中性子に対しても、熱中性子に対しても、熱外中性子に対しても、実験用の最大中性子流が得られる。

エネルギー選択式切換関数を有している中性子光学構成要素は、まず第一に特別な中性子ミラーによって実現される。従って別の発明実施形態では、エネルギー依存式切換関数を有しているさらなる中性子光学構成要素が中性子ミラーとして構成される。この中性子ミラーは、衝突している中性子を相応の角度調整によってそのエネルギーに依存して継続的または段階的に通過または反射させる。上述の切換作用を得るための中性子ミラーの機能的な共同作用のさらなる説明に対して、繰り返しを避けるために、ここで特定の明細書場所を指摘する。別の発明実施形態ではさらに有利には、中性子ミラーが自己支持形式でまたは中性子透過性基板上に置かれた形式で単層式または複層式中性子ミラーとして構成されている。ここで積層部は基板の片側または両側に設けられている。複層式中性子ミラーは、干渉特性を有するいわゆる「スーパーミラー」のことである（ＤＥ１９８４４３００Ａ１を参照）。基板としては例えばシリコンまたはサファイアが適している。これらの全ての中性子光学構成要素は、比較的容易に構成され、ひいては他の中性子光学構成要素に比べて廉価である。他の発明発展形態に従って、エネルギー依存性の切換関数を有するさらなる中性子光学構成要素を中性子管路内に組み込む場合に、本発明の特に有利かつコンパクトな構成形態が実現される。このような実施形態に対しても繰り返しを避けるために、特定の説明部分を指摘する。

本発明をさらに理解するために、以下で実施形態の例を図面に基づいてより詳細に説明する。

図１には、マルチスペクトルを生成する本発明による中性子光学構成要素装置が示されており、
図２には、図１に示された装置によって形成されるマルチスペクトルを生成するための切換関数が示されている。

図１には、中性子ビームまたは中性子パルスを所期のようにスペクトル成形する、本発明による中性子光学構成要素装置NOAが示されている。選択された実施例では、中性子に対する冷減速体CNMが、中性子に対する熱減速体TNMの隣りに密に配置されている。２つの減速体CNM, TNMは、１２ｃｍ×１２ｃｍの横断面積を有しており、０. ５ｃｍの隙間を空けて隣り合っている。２つの減速体CNM, TNM間の角度的配置をあらわす代わりに、これらの減速体の出射方向CBL, TBLが角度的に相互に示されている。冷減速体CNMは冷中性子CCNで最大値を有し、熱中性子TCNでより低い割合を有する中性子スペクトルを放出する。これとは反対に熱減速体TNMは熱中性子TTNで最大値であり、より少ない数の冷中性子CTNを生成する。熱減速体TNMは直接的に中性子管路NGTに向かい合わせて配置されている。ここでこの中性子管路は、入力結合された中性子を図１には詳細に示されていない実験場所に転送する。中性子管路NGTは、６ｃｍ×１０ｃｍの横断面積を有しており、同じように図１に詳細に示されていない中性子源から３２ｍの距離にわたって延在している。反射特性を改善するために中性子導管の内部表面INSにニッケルが塗装されている。平面的に衝突している中性子ビームCCN, TTNの複数回の平面的な反射によって中性子導管はこれらの中性子ビームを効果的な平均放射方向EBLにおいて、マルチスペクトルを有する重畳された中性子ビームSBLに集結させる。効果的な平均放射方向EBLを得ることによっていわば全ての方向からの中性子は分析されるべきサンプルに衝突する。

中性子管路NGTにおいて、ビーム重畳によって生成された重畳中性子ビームSBLは特に質の高いマルチスペクトルを有する。このマルチスペクトルは、２つの減速体CNM, TNMのスペクトルの最高領域からのみ構成される。幅広いエネルギー領域における実験に対して特に良好に使用される、処理されたこのようなマルチスペクトルを得るために、中性子管路NGT内に、２つの減速体CNM, TNMの方を向いている自身の終端部に、これから１. ５ｍの距離で、エネルギー依存性の切換関数を有するさらなる中性子光学要素NOCが組み込まれる。ここでこれは選択された実施例では簡易な中性子伝導性スーパーミラーRSMおよびこれに対向して位置する別のスーパーミラーSSMのことである。これらは、中性子管路NGTの方向に関して０. ７２°の角度で配置されているので、スーパーミラーSSMに衝突する中性子はその運動学的エネルギーに依存して反射または通過される。他の角度が選択された場合、関与しているコンポーネントの他の寸法も相応して変えられるべきである。２つのスーパーミラーRSM, SSMは６. ５ｍの長さであり、市販の質ｍ＝３を有している。すなわち区間角度（Abschnittwinkel）は天然のニッケルの区間角度の３倍である。スーパーミラーSSMは、０. ７５ｍｍの厚さを有する中性子透過性のＳｉ基板上に設けられている。スーパーミラーRSMは、移動している中性子ビームの単純な反射に用いられるのに対して、対向して位置するスーパーミラーSSMはエネルギーおよび角度に依存している切換関数を有している。選択された例ではスーパーミラーSSMは、次の様に構成され、自身の角度（ここでは例えば０. ７２°）に調整されている。すなわちこのスーパーミラーが冷減速体CNMの冷中性子CCNを中性子管路NGT内に反射し、他方で熱減速体TNMの冷中性子CTNを別のミラー面によって、中性子管路NGTの領域から外れるように反射するように構成および調整されている。反対の場合には、冷減速体CNMの熱中性子TCNはスーパーミラーSSMに沿って中性子管路NGTから外へ導かれる。他方で熱減速体TNMの熱中性子TTNはスーパーミラーSSMによって障害を受けずにあらわれる。このようにして、重畳された中性子ビームSBLが、２つの減速体CNM, TNMの、優先的に放出された中性子から構成されることが保証される。従って一方では、各中性子エネルギーでより高い中性子流を有する減速体が接続され、他方では場合によっては有利ではないビームの質（例えばパルス状源でのパルス形状）を有する他の減速体がフェードダウンされる。

図２には、図１で例として選択された実施形態における本発明による装置のマルチスペクトルを生成させるための切換関数が示されている。ここでは全体的な中性子光学システムの相対的なトランスミッション係数RTCが、図１の２つの減速体CNM, TNMに対する、ｎｍで示された中性子波長NWLの関数として示されている。これは、冷または熱減速体CNM, TNM前から１. ５ｍ離れて配置されている、同一の中性子管路における簡易なスペクトルと比較して定められている。実験において、２０ｍｅＶを上回る中性子エネルギー（これは２０００ｍ／ｓを上回る中性子速度に相応する、または０. ２ｎｍを下回る中性子波長に等しい）が必要な場合、組み合わされたマルチスペクトルにおいて熱減速体TNMの熱中性子TTNのみが使用可能である。必要な中性子エネルギーが５ｍｅＶを下回る場合（これは１０００ｍ／ｓを下回る中性子速度ないしは０. ４ｎｍを上回る中性子波長に相応する）、中性子供給は主に冷中性子CCNを有する冷減速体CNMによってのみ行われる。５ｍｅＶ〜２０ｍｅＶの間の移行領域では、２つの減速体CNM, TNMからの中性子TTN, CCNが、重畳された中性子ビームSBLにおける異なる割合を伴う混合形態で実験に供給される。

マルチスペクトルを生成する本発明による中性子光学構成要素装置をあらわす図である。 図１に示された装置によって形成されるマルチスペクトルを生成するための切換関数を示す図である。

符号の説明

CBL 冷減速体の出射方向
CCN 冷減速体の冷中性子
CNM 中性子に対する冷減速体
CTN 熱減速体の冷中性子
EBL 平均放射方向
INS 内部表面
NGT 中性子管路
NOA 中性子光学構成要素装置
NOC さらなる中性子光学構成要素
NWL 中性子波長
RSM 反射するスーパーミラー
RTC 相対的なトランスミッション係数
SBL 重畳された中性子ビーム
SSM 切換式スーパーミラー
TBL 熱減速体の出射方向
TCN 冷減速体の熱中性子
TNM 中性子に対する熱減速体
TTN 熱減速体の熱中性子

Claims (8)

1. 高速中性子源と少なくとも１つの実験場所の間で中性子管路またはビーム管において中性子ビームまたは中性子パルスを所期のようにスペクトル成形するための中性子光学構成要素装置であって、
   前記高速中性子源は、種々異なる実施形態の、密に隣り合って配置されている減速体を有しており、
   当該減速体は、異なるエネルギースペクトルの低速中性子を生じさせ、当該低速中性子を所定の出射方向で出射させる形式のものにおいて、
   前記減速体（CNM, TNM）の出射方向（CBL, TBL）は直接的またはさらなる中性子光学構成要素（RSM, SSM）によって、中性子管路（NGT）または実験場所において畳重され、
   前記減速体（CNM, TNM）によって生じた、異なるエネルギースペクトルの低速中性子（CCN, TTN）は重畳された中性子ビーム（SBL）にまとめられ、
   当該重畳された中性子ビームは、使用された減速体（CNM, TNM）の実施形態および数によって定められるマルチスペクトルを有している、
   ことを特徴とする、中性子ビームまたは中性子パルスを所期のようにスペクトル成形するための中性子光学構成要素装置。
2. 前記出射方向を直接的に重畳する場合、当該出射方向を実験場所において所定の符号化パターンによって求める、請求項１記載の中性子光学構成要素装置。
3. 前記中性子管路（NGT）の内部表面（INS）上にはニッケルが積層されている、請求項１記載の中性子光学構成要素装置。
4. 前記出射方向がさらなる中性子光学構成要素によって畳重される場合、畳重された中性子ビームの効果的な平均放射方向を実現するためにさらなる中性子光学構成要素を振動ミラーとして構成し、
   当該振動ミラーはパルス状中性子源または連続中性子源のチョップされた中性子ビームと同期して振動する、請求項１または３記載の中性子光学構成要素装置。
5. 前記出射方向（CBL, TBL）がさらなる中性子光学構成要素（NOC）によって畳重される場合、畳重された中性子ビーム（SBL）の効果的な平均放射方向（EBL）を実現するために、エネルギーに依存した切換関数を有する、さらなる中性子光学構成要素（SSM）が構成される、請求項１または３記載の中性子光学構成要素装置。
6. エネルギーに依存した切換関数を有するさらなる中性子光学構成要素（NOC）を中性子ミラー（SSM）として構成し、
   当該中性子ミラーは、衝突した中性子を相応の角度調整によって、自身のエネルギーに依存して連続的または段階的に通過させる、または反射する、請求項５記載の中性子光学構成要素装置。
7. 前記中性子ミラー（RSM, SSM）は、自己支持形式または中性子透過性基板上に置かれている形式で、単層式または複層式中性子ミラーとして構成されており、ここで積層部は前記基板の片側または両側に設けられている、請求項５または６記載の中性子光学構成要素装置。
8. 前記さらなる中性子光学構成要素（NOC, RSM, SSM）は、中性子管路（NGT）内に組み込まれている、請求項４から７までのいずれか１項記載の中性子光学構成要素装置。

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