WO2020111660A1 - 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치 및 이를 포함하는 극소각 중성자 산란장치 - Google Patents

핵 산란과 자기 산란의 분리 장치 및 이를 포함하는 극소각 중성자 산란장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a separation device for nuclear scattering and self-scattering, and a small-angle neutron scattering device including the same, using the disadvantages of a one-dimensional detector of a small-angle neutron scattering device using a neutron as a light source, and nuclear scattering. It relates to a device capable of separating nuclear and magnetic scattering from a material in which magnetic scattering is measured simultaneously.
  • the ultra-small neutron scattering device is a device for non-destructively measuring the structure of a material having a size from submicron to micron using neutrons.
  • the ultra-small neutron scattering device is widely used in various fields of science such as metal, ceramic, ore, polymer, bio, carbon, composite, magnetic material, membrane, quantitatively or qualitatively measuring the structure of materials, and in various states (solid , Liquids, melts, and critical fluids).
  • the ultra-small neutron scattering device is composed of a monochromator, an analyzer, and a neutron detector.
  • the neutron detector is a one-dimensional detector having excellent resolution in the width direction (transverse or x-direction).
  • Nuclear scattering as neutrons interact with the nucleus inside the material ) Occurs, and this scattering intensity signal is measured as a function of a scattering vector (Q).
  • Q a scattering vector
  • 1 is a conceptual diagram showing the resolution of a one-dimensional detector.
  • the one-dimensional detector has excellent resolution in the width direction (x-direction), but has a disadvantage in that measured data is smeared due to insufficient resolution in the longitudinal direction (y-direction). have. Therefore, the data acquired by the one-dimensional detector is converted into two-dimensional data through a numerical analysis process. Since the non-magnetic material made of an isotropic structure exhibited only the above-described nuclear scattering, there was no problem even if a signal measurement and data conversion method using a one-dimensional detector were used to measure the signal.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and a device for supporting a one-dimensional detector to separate a magnetic scattering and a nucleic acid scattering from a magnetic material, and perform a structural analysis by nuclear scattering, and a small angle including the same It relates to a neutron scattering device.
  • An apparatus for separating nuclear and magnetic scattering includes a bottom portion; A first storage portion located on the bottom portion; A second storage portion positioned on the bottom portion so that one surface faces the first storage portion and the other surface; A first magnet accommodated in the first storage unit; A second magnet accommodated in the second storage part and having a different polarity from the first magnet; A sample storage unit positioned between the first storage unit and the second storage unit; A side portion fixed to the other surface of the second storage portion; And a curved portion connecting the bottom portion and the side portion.
  • the ultra small angle neutron scattering apparatus includes a separation device for nuclear scattering and magnetic scattering according to the embodiment; A matching preceding monochromator that selectively induces only a specific wavelength among incident neutron light; A monochromator diffracting the induced neutron light toward the sample; An analyzer positioned opposite to the monochromator based on the sample and provided with neutron light transmitted through the sample; And a detector that detects neutron light diffracted by the analyzer, wherein the separation device for nuclear scattering and magnetic scattering is located between the monochromator and the analyzer and is configured to receive the sample.
  • the apparatus for separating nuclear scattering and self-scattering applies an external magnetic field to control self-scattering to a sample to align the spins causing self-scattering along one direction, so that only horizontal resolution is achieved. Even a good one-dimensional detector enables measurement of nuclear scattering.
  • the apparatus for separating nuclear scattering and magnetic scattering facilitates rotation of a sample by 90 degrees while an external magnetic field is applied, thereby observing nuclear scattering and magnetic scattering together with a one-dimensional detector. , It can compensate for the disadvantages of the one-dimensional detector.
  • 1 is a conceptual diagram showing the resolution of a one-dimensional detector.
  • FIG. 2 is an exemplary view showing a concept of setting an external magnetic field in a horizontal direction on a sample having magnetism.
  • 3A and 3B are images showing neutron incineration scattering images according to a magnetic field.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a device for separating nuclear and magnetic scattering according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of an enlarged sample storage unit of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the nuclear scattering and the self-scattering separation device of FIG. 4 is inclined by 90 degrees.
  • FIG. 7A to 7C are front views illustrating a process of rotating the nuclear scattering and self-scattering separation devices of FIG. 4.
  • FIG. 8 is a perspective view of a device for separating nuclear and magnetic scattering according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing a change in a magnetic field according to a change in the position of the storage unit.
  • FIG. 10 shows a basic configuration of a small-angle neutron scattering device according to an embodiment of the present invention.
  • 3A and 3B are images showing neutron incineration scattering images according to a magnetic field.
  • a sample having magnetism is a nucleic acid scattering (nuclear scattering, ) As well as magnetic scattering, ) Occurs at the same time.
  • This self-scattering acts as a great limitation in studying the structure of magnetic materials using a very small neutron scattering device. That is, interference from self-scattering occurs, and a disorder occurs in analyzing a domain related to the structure of a magnetic material from nucleic acid scattering.
  • the apparatus 100 for separating nuclear and magnetic scattering may apply an external magnetic field for controlling magnetic scattering to a sample, as illustrated in FIG. 2.
  • an external magnetic field is applied to the sample surface in one direction
  • spins causing magnetic scattering in the magnetic material may be aligned along one direction by an external magnetic field.
  • Figure 3a shows the neutron scattering scattering image including magnetic scattering and nuclear scattering in a state before the magnetic field is applied, measured through a two-dimensional detector
  • Fig. 3b shows the neutron scattering scattering image in a state after the magnetic field is applied. It is shown.
  • FIG. 3B it can be confirmed that the spins causing magnetic scattering in the magnetic material under the influence of an external magnetic field are aligned in one direction.
  • the apparatus 100 for separating nuclear scattering and magnetic scattering provides an external magnetic field by placing a sample between a pair of permanent magnets N-S, and an angle change in place may be easily possible. Therefore, it is possible to analyze a magnetic material sample using only a conventional one-dimensional detector.
  • a configuration of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a device for separating nuclear and magnetic scattering according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is an exploded perspective view of an enlarged sample storage unit of FIG. 4.
  • 6 is a perspective view showing a state in which the nuclear scattering and the self-scattering separation device of FIG. 4 is inclined by 90 degrees.
  • 7A to 7C are front views illustrating a process of rotating the nuclear scattering and self-scattering separation devices of FIG. 4.
  • the apparatus 100 for separating nuclear and magnetic scattering includes a bottom portion 101, a first storage portion 102, and a second storage portion 103. , A first magnet 104, a second magnet 105, a sample accommodating portion 106, a side portion 107, and a curved portion 108.
  • the bottom portion 101 may fix the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering on the floor.
  • the bottom portion 101 is a substrate on which other components of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering are disposed.
  • the bottom portion 101 may be a flat substrate having a predetermined height.
  • the bottom portion 101 may include at least a first storage portion 102 and a second storage portion 103.
  • the bottom portion 101 may further include a storage portion moving rail 109 for connection and fixing with the first storage portion 102.
  • the position in which the first storage unit 102 is disposed on the bottom unit 101 may be changed through the storage unit moving rail 109 configured in the bottom unit 101.
  • the second receiving part 103 may be in a state fixed by the bottom part 101 and the side part 107.
  • the first storage unit 102 and the second storage unit 103 may be disposed on the bottom unit 101.
  • the first storage unit 102 and the second storage unit 103 may be disposed symmetrically.
  • the first storage unit 102 and the second storage unit 103 may be arranged to be parallel to each other to form a horizontal magnetic field.
  • the first accommodating part 102 may be a housing in which the inside is opened to accommodate the first magnet 104.
  • the first magnet 104 may be seated in the inner space of the first storage unit 102.
  • the second storage unit 103 may be positioned such that one surface thereof faces the other surface of the first storage unit 102.
  • the second accommodating part 103 may be a housing in which the inside is opened to accommodate the second magnet 105.
  • the second magnet 105 may be seated in the inner space of the second storage unit 103.
  • the first magnet 104 and the second magnet 105 may be permanent magnets having different polarities.
  • the first magnet 104 may be an N pole
  • the second magnet 105 may be an S pole, but is not limited thereto, and the first magnet 104 may be an S pole
  • the second magnet 105 may be an N pole.
  • the first magnet 104 may be sealed in a pure iron case in which only the surface facing the second magnet 105 is opened.
  • the second magnet 105 may be sealed in a pure iron case in which only the surface facing the first magnet 104 is opened.
  • the first magnet 104 and the second magnet 105 may be a pair of permanent magnets composed of NbFeB, but are not limited thereto.
  • the intensity of the magnetic field formed by the first magnet 104 and the second magnet 105 is 0.5 mT to 1.1 mT.
  • the pure iron case shields the magnetic forces of the first magnet 104 and the second magnet 105 from occurring in different directions, and guides magnetic fields to be formed in directions facing each other.
  • the sizes of the first magnet 104 and the second magnet 105 are the same, and the sizes of the first storage unit 102 and the second storage unit 103 are the same.
  • the first magnet 104 accommodated in the first accommodating part 102 and the second magnet 105 accommodated in the second accommodating part 103 form a magnetic field in a horizontal direction.
  • the magnetic field may be applied along the first direction D1.
  • the sample accommodating part 106 may be located between the first magnet 104 accommodated in the first accommodating part 102 and the second magnet 105 accommodated in the second accommodating part 103.
  • the neutron light toward the sample receiving unit 106 may be provided along the second direction D2.
  • the first direction D1 is defined as a direction perpendicular to the second direction D2.
  • the sample accommodating unit 106 accommodates a sample to be analyzed through an ultra-small neutron scattering device.
  • the sample may be a magnetic material having magnetism including elements such as Fe, Co, and Ni, but is not limited thereto, and may be a nonmagnetic material having an isotropic structure.
  • the sample accommodating part 106 is provided on the upper part of the body part 106a, the sample case 106b for accommodating the sample, the sample fixing part 106c for fixing the sample, and the body part 106a. It is formed and mounted on the sample case (106b) mounting groove (106d), the sample case fixing portion (106e) for fixing the sample case (106b), located in the lower portion of the body portion (106a) and protruding portion protruding along one direction ( 106f).
  • the body portion 106a forms the entire outer shape of the sample storage portion 106 and functions to accommodate other components.
  • the sample case 106b is a case in which a sample to be analyzed is mounted through an ultra-small neutron scattering device.
  • the sample case 106b may have various sizes and shapes, and may be configured to receive various types of samples.
  • the sample holder 106c may be coupled to the sample case 106b to fix the sample.
  • the sample case 106b and the sample fixing portion 106c on which the sample is mounted are located in the mounting groove 106d, and the sample case fixing portion 106e is engaged with the upper portion of the body portion 106a to fix the sample case 106b. I can do it.
  • the protrusion 106f may be a handle for loading the sample accommodating part 106 between the first accommodating part 102 and the second accommodating part 103.
  • the protrusion 106f may extend along a direction perpendicular to a direction of a magnetic field formed between the first storage unit 102 and the second storage unit 103.
  • the sample accommodating part 106 may be generally made of a non-magnetic material (such as aluminum), and thus is not affected by the direction of the magnetic field. Therefore, mounting and detachment of the sample accommodating portion 106 using the protruding portion 106f may be easy.
  • a coupling portion 106g for mounting along the direction perpendicular to the direction of the magnetic field may be further formed at the bottom of the sample case 106b.
  • the first rail portion 102a and the second rail portion 103a for coupling with the above-described coupling portion 106g are formed on the other surface of the first storage portion 102 and one surface of the second storage portion 103, respectively.
  • the first rail portion 102a and the second rail portion 103a are formed to be symmetrical and configured to extend along a direction perpendicular to the direction of the magnetic field.
  • the first rail portion 102a and the second rail portion 103a are combined with the coupling portion 106g of the sample storage portion 106, and the direction perpendicular to the direction of the magnetic field of the sample storage portion 106, the second direction It is possible to guide movement according to (D2).
  • the first rail part 102a and the second rail part 103a can fix the position of the sample storage part 106 and prevent the sample storage part 106 from being detached even if a 90 degree rotation occurs. Can be.
  • the side part 107 is fixed to the other surface of the second receiving part 102.
  • the apparatus 100 for separating nuclear scattering and self-scattering may rotate the device 100 for separating nuclear scattering and self-scattering while a sample is loaded.
  • the side part 107 may perform the same function as the bottom part 101 when the 90-degree rotation of the separation device 10 for nuclear scattering and self-scattering is performed. That is, as illustrated in FIG. 6, in the state in which the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering is rotated by 90 degrees, the side part 107 may fix the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering to the floor.
  • the side portion 107 may be formed of the same material and size as the bottom portion 101.
  • the curved portion 108 connects the bottom portion 101 and the side portion 107.
  • the curved portion 108 may have a curved surface having a predetermined curvature.
  • the cross section of the curved portion 108 may be a curve having the first point and the second point as both end points.
  • the first point is connected to the other end of the bottom portion 101, and the second point is connected to one end of the side portion 107. That is, the flat bottom portion 101 and the side portion 107 are connected to the curved portion 108 which is a curved surface.
  • the curved portion 108 may be a center of rotation for 90-degree rotation of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering. That is, the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering based on the curved portion 108 may be rotated.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view showing a state before rotation
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing an intermediate state rotated 45 degrees
  • FIG. 7C is a cross-sectional view showing a state rotated 90 degrees.
  • the apparatus 100 for separating nuclear scattering and self-scattering may have a heavy weight because most components are formed of a metal material, but as illustrated in FIGS. 7A to 7C, the apparatus for separating nuclear scattering and self-scattering 100 ) Can be easily rotated clockwise or counterclockwise by using the curved surface formed on the curved portion 108. That is, the curved portion 108 may provide easy changes of vertical and horizontal positions of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering. Accordingly, it is possible to easily provide a 90-degree rotation of the sample of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering, so that the magnetic material can be analyzed with a one-dimensional detector having only excellent resolution in the horizontal direction.
  • the first storage unit 102 and the bottom unit 101 may be connected to the storage unit moving rail 109.
  • the storage portion moving rail 109 provides a function of fixing the coupling between the first storage portion 102 and the bottom portion 101, and prevents the first storage portion 102 from being displaced in an inclined state of 90 degrees. Can be.
  • the storage unit detachable rail 109 may move the first storage unit 102 in a direction perpendicular to a direction in which a magnetic field is applied.
  • the magnetic field is in operation. It is not easy to separate the first magnet 104 and the second magnet 105.
  • the movement along the second direction D2 which is a direction perpendicular to the direction in which the magnetic field acts is a movement in which the influence of the magnetic field is relatively minimized.
  • the first storage unit 102 may be It can be detached from the bottom portion 101 in a direction perpendicular to the direction in which the magnetic field acts by the payment moving rail 109. After the first storage unit 102 is detached from the bottom portion 101, the first magnet 104 and the second magnet 105 in a state in which the magnetic fields of the first magnet 104 and the second magnet 105 are weakened May be separated from the first storage unit 102 and the second storage unit 103.
  • the separated first magnet 104 and the second magnet 105 may be stored in a shielding box having an outer wall formed of pure iron.
  • the inside of the shielding box may be formed of a crosslinked foamed polyethylene foam to protect the first magnet 104 and the second magnet 105 from impacts generated during transportation and storage.
  • FIG. 8 is a perspective view of a device for separating nuclear scattering and magnetic scattering according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a graph showing changes in a magnetic field according to a change in the position of the storage unit.
  • the separation device 200 for nuclear scattering and self-scattering includes a bottom portion 201, a first storage portion 202, and a second storage portion 203.
  • components having the same names as those of the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering according to an embodiment are substantially the same. As the configuration and function are performed, a duplicate description thereof will be omitted.
  • the storage unit distance adjustment rail 209 is a rail extending in the same direction as the direction of the magnetic field, and adjusts the distance on the first storage unit 202 and the second storage unit 203.
  • the storage part distance adjustment rail 209 may have a shape extending along the first direction D1, and the first storage part 202 and the second storage part 203 may have a distance along the first direction D1. Can be adjusted.
  • the first storage unit 202 may be connected to the storage unit distance adjustment rail 209 to change the engagement position on the bottom unit 201.
  • the distance between the first storage unit 202 and the second storage unit 203 may be adjusted through the storage unit distance adjustment rail 209. The distance adjustment may be performed before the first magnet 204 and the second magnet 205 are received in the first storage unit 202 and the second storage unit 203.
  • the strength of the magnetic field formed between the first magnet 204 and the second magnet 205 respectively accommodated in the first storage unit 202 and the second storage unit 203 is the first storage unit 202 It may vary according to the distance between the second storage unit 203. As illustrated in FIG. 9, as the distance increases, the intensity of the magnetic field formed between the first magnet 204 and the second magnet 205 may decrease.
  • the separation device 200 for nuclear scattering and magnetic scattering according to another embodiment of the present invention includes a first storage unit 202 and a second storage unit (even if the first magnet 204 and the second magnet 205 are not replaced). 203), the intensity of the magnetic field formed between the first magnet 204 and the second magnet 205 can be adjusted. Accordingly, a magnetic field of a strength suitable for a magnetic material sample can be provided.
  • the width of the sample accommodating portion 106 may be configured to correspond to the distance adjustment between the 1 accommodating portion 202 and the second accommodating portion 203.
  • FIG. 10 shows a basic configuration of a small-angle neutron scattering device according to an embodiment of the present invention.
  • the ultra-small neutron scattering device selectively pre-focuses only a specific wavelength among incident neutrons N1 and focuses them, and bouncing the incident neutron light three times ( a pair of monocrystalline members that are bouncing (that is, a monochromator 120, a Bonse-Hart-Agamalian monochromator and an analyzer 130, a Bonse-Hart-Agamalian analyzer) and a pair of monocrystalline members, and a sample It is composed of a device for separating the nuclear scattering and magnetic scattering, which is accommodated, and a detector 140 that detects neutron light N2 that has passed through the analyzer 130 among single crystal members.
  • the monochromator 120 diffracts the incident neutron light toward the sample.
  • the analyzer 130 is located opposite to the monochromator 120 based on the sample, and neutron light transmitted through the sample is provided.
  • FIG. 10 schematically shows a basic configuration of the micro-angle neutron scattering apparatus 10, and according to an embodiment, the number of bounces of neutron light reflected from a pair of monochromator analyzers may be one or more. Multiple analyzers may be installed in the path of the neutron light passing through the monochromator and the sample. Since neutron light transmitted through each analyzer can be diffracted by the next analyzer, multiple detectors can be used at the same time, thereby reducing the time for measuring the smallest neutron scattering.
  • the monochromator region and the analyzer set region under a predetermined pressure in a vacuum state so that incident neutrons can be analyzed in a vacuum state, noise caused by air is reduced and neutron scattering and absorption are minimized. Can be.
  • the vacuum performance can be increased, and sample environment devices of various sizes can be installed.
  • the sample to be analyzed is located in the separation apparatus 100 for nuclear scattering and magnetic scattering.
  • the sample may be a magnetic material sample having magnetism, and the detector 140 may be a one-dimensional detector having excellent resolution in the horizontal direction (x-direction).
  • the separation device 100 for nuclear scattering and self-scattering may be the separation device for nuclear scattering and self-scattering in FIGS. 1 to 9 described above. That is, the apparatus 100 for separating nuclear scattering and magnetic scattering may apply an external magnetic field to a sample to be analyzed to align spins causing magnetic scattering in a magnetic material along one direction.
  • nucleic acid scattering is measured in the horizontal direction (x direction), and nuclear scattering and magnetic scattering are simultaneously measured in the vertical direction (y direction). Therefore, it is possible to measure nuclear scattering even with a one-dimensional detector having excellent horizontal resolution, and based on this, the structure of the magnetic material can be studied.
  • the apparatus 100 for separating nuclear scattering and self-scattering can easily rotate 90 degrees, so that the conventional vertical direction can be horizontally switched.
  • the apparatus 100 for separating nuclear scattering and magnetic scattering is capable of rotating 90 degrees relative to the curved portion to apply a magnetic field in a horizontal direction to the sample and to apply a magnetic field in a vertical direction to the sample. Therefore, detection in the horizontal direction and the vertical direction of the sample to be analyzed may be possible as a one-dimensional detector, respectively.
  • the detector 140 generates first data by measuring nuclear scattering of the sample in a state in which a magnetic field along a horizontal direction is applied, and generates both nuclear scattering and magnetic scattering of the sample in a state in which a magnetic field along a vertical direction is applied. Measurements can be made to generate second data. Structure analysis of a sample to be analyzed may be performed through the first data, and self-scattering characteristics of the sample to be analyzed may be analyzed by excluding the first data from the second data.

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Abstract

핵 산란과 자기 산란의 분리 장치가 제공된다. 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 바닥부; 상기 바닥부 상에 위치하는 제1 수납부; 일면이 상기 제1 수납부와 타면과 대향되도록 상기 바닥부 상에 위치하는 제2 수납부; 상기 제1 수납부에 수납되는 제1 자석; 상기 제2 수납부에 수납되고 상기 제1 자석과 다른 극성을 가진 제2 자석; 상기 제1 수납부와 상기 제2 수납부 사이에 위치하는 시료 수납부; 상기 제2 수납부의 타면과 고정되는 측면부; 및 상기 바닥부와 상기 측면부를 연결하는 곡면부를 포함한다.

Description

핵 산란과 자기 산란의 분리 장치 및 이를 포함하는 극소각 중성자 산란장치
본 발명은 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치 및 이를 포함하는 극소각 중성자 산란장치 에 관한 것으로, 중성자를 광원으로 하는 극소각 중성자 산란장치의 1차원 검출기의 단점을 이용하여 핵 산란(nuclear scattering)과 마그네트 산란(magnet scattering)이 동시에 측정되는 재료에서 핵 산란과 마그네트 산란을 분리할 수 있는 장치에 관한 것이다.
극소각 중성자 산란장치는 서브마이크론에서 마이크론까지의 크기를 갖는 물질의 구조를 중성자를 이용하여 비파괴로 측정하기 위한 장비이다. 극소각 중성자 산란장치는 금속, 세라믹, 광석, 고분자, 바이오, 탄소, 복합체, 자성체, 멤브레인 등 과학의 다양한 분야에 광범위하게 사용되고 있으며, 재료의 구조를 정량 또는 정성적으로 측정하고, 다양한 상태(고체, 액체, 용융체, 임계유체)의 재료구조를 분석하는데도 이용가능하다.
극소각 중성자 산란장치는 단색기(monochromator), 해석기(analyzer) 및 중성자 검출기로 구성되며, 일반적으로 중성자 검출기는 폭 방향(횡 방향 또는 x-방향)으로의 분해능이 우수한 1차원 검출기가 사용된다.
중성자가 물질 내부의 핵과의 상호 작용에 따라, 핵 산란(nuclear scattering,
Figure PCTKR2019016037-appb-img-000001
)이 발생하며, 이러한 산란 세기 신호를 산란 벡터(Scattering vector, Q)의 함수로 측정한다. 도 1은 1차원 검출기의 분해능을 보여주는 개념도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 1차원 검출기는 폭 방향(x-방향)의 분해능은 우수하나, 길이 방향(y-방향)으로의 분해능이 미비하여 측정된 데이터가 스미어링(Smearing)되는 단점이 있다. 따라서, 1차원 검출기에서 획득한 데이터는 수치해석적인 과정을 거쳐, 2차원적 데이터로 전환된다. 등방성 구조로 이루어진 비자성 물질은 상술한 핵 산란만 나타남으로, 이의 신호 측정에 1차원 검출기를 통한 신호 측정 및 데이터 전환 방법을 사용하더라도 문제가 크지 않았다.
그러나, Fe, Co, Ni와 같은 원소를 포함하여 자성을 갖고 있는 물질을 측정할 때는, 1차원 검출기를 통한 측정에 한계가 발생한다. 자성을 가지고 있는 물질은 상술한 핵산란(nuclear scattering)뿐만 아니라, 자기 산란(magnetic scattering,
Figure PCTKR2019016037-appb-img-000002
)이 동시에 발생한다. 따라서, 폭 방향의 신호만을 검출하는 1차원 검출기로는 핵 산란과 자기 산란을 구분하기가 어려운 문제점이 발생한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자성을 갖고 있는 물질에서 자기 산란과 핵산란을 분리하여, 핵 산란에 의한 구조 분석을 수행하도록 1차원 검출기를 지원하는 장치 및 이를 포함하는 극소각 중성자 산란장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 바닥부; 상기 바닥부 상에 위치하는 제1 수납부; 일면이 상기 제1 수납부와 타면과 대향되도록 상기 바닥부 상에 위치하는 제2 수납부; 상기 제1 수납부에 수납되는 제1 자석; 상기 제2 수납부에 수납되고 상기 제1 자석과 다른 극성을 가진 제2 자석; 상기 제1 수납부와 상기 제2 수납부 사이에 위치하는 시료 수납부; 상기 제2 수납부의 타면과 고정되는 측면부; 및 상기 바닥부와 상기 측면부를 연결하는 곡면부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 극소각 중성자 산란장치는 상기 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치; 입사되는 중성자 광 중 특정 파장만을 선택적으로 유도하는 맞추는 선행단색기; 상기 유도된 중성자 광을 시료 측으로 회절하는 단색기; 상기 시료를 기준으로 상기 단색기에 대해 반대편에 위치하고, 상기 시료를 투과한 중성자 광이 제공되는 분석기; 및 상기 분석기에서 회절된 중성자 광을 검출하는 검출기를 포함하되, 상기 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 상기 단색기와 상기 분석기 사이에 위치하고 상기 시료를 수납하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 자기 산란을 제어하기 위한 외부 자기장을 시료에 인가하여 자기 산란을 유발하는 스핀을 일 방향을 따라 정렬시켜, 수평 방향의 분해능만이 우수한 1차원 검출기로도 핵 산란의 측정이 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 외부 자기장이 인가된 상태에서 시료의 위치를 90도 회전이 용이하여 핵 산란과 자기 산란을 함께 1차원 검출기로 관측하게 하며, 1차원 검출기의 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 1차원 검출기의 분해능을 보여주는 개념도이다.
도 2는 자성을 가진 시료에 수평 방향으로 외부 자기장을 설정하는 개념을 나타낸 예시도이다.
도 3a 및 도 3b는 자기장에 따른 중성자 소각 산란 이미지를 도시한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 도 4의 시료 수납부를 확대한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 핵 산란과 자기 산란 분리 장치를 90도 기울인 상태를 도시한 사시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도 4의 핵 산란과 자기 산란 분리 장치를 회전하는 과정을 도시한 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치의 사시도이다.
도 9는 수납부의 위치 변화에 따른 자기장의 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소각 중성자 산란장치의 기본 구성을 도시한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 인지할 수 있다. 이하의 설명에서 사용되는 특정 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.
도 2는 자성을 가진 시료에 수평 방향으로 외부 자기장을 설정하는 개념을 나타낸 예시도이다. 도 3a 및 도 3b는 자기장에 따른 중성자 소각 산란 이미지를 도시한 이미지이다.
도 2 내지 도 3b를 참조하면, 자성을 가진 시료는 핵산란(nuclear scattering,
Figure PCTKR2019016037-appb-img-000003
)뿐만 아니라 자기 산란(magnetic scattering,
Figure PCTKR2019016037-appb-img-000004
)이 동시에 일어난다. 이러한 자기 산란은 극소각 중성자 산란장치를 이용하여 자성물질의 구조를 연구하는 데 큰 제약으로 작용한다. 즉, 자기 산란으로부터의 간섭이 발생하여 핵산란으로부터 자성 물질의 구조와 관련한 도메인을 분석에 장애가 발생한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 자기 산란을 제어하기 위한 외부 자기장을 시료에 인가할 수 있다. 외부 자기장을 일 방향으로 시료면에 인가하게 되면, 자성물질에서 자기 산란을 유발하는 스핀은 외부 자기장에 의해 일 방향을 따라 정렬될 수 있다. 예를 들어, 외부 자기장이 수평 방향으로 시료면에 인가되는 경우, 스핀은 수평 방향으로 정렬될 수 있다. 도 3a는 2차원 검출기를 통해 측정한, 자기장이 인가되기 이전 상태에서 자기 산란과 핵 산란을 포함하는 중성자 소각산란 이미지를 도시한 것이며, 도 3b는 자기장이 인가된 이후 상태의 중성자 소각산란 이미지를 도시한 것이다. 도 3b와 같이 외부 자기장의 영향으로 자성물질에서 자기 산란을 유발하는 스핀이 일 방향을 따라 정렬된 상태임을 확인할 수 있다.
이러한 외부 자기장이 인가된 상태에서, 수평 방향(x 방향)으로는 핵산란만이 측정되고, 수직 방향(y 방향)으로는 핵 산란과 자기 산란이 동시에 측정된다. 따라서, 수평 방향의 분해능만이 우수한 1차원 검출기로도 핵 산란의 측정이 가능하며, 이를 바탕으로 자성 물질의 구조를 연구할 수 있다. 또한, 외부 자기장이 인가된 상태에서 시료의 위치를 90도 회전한다면, 종래 수직 방향에 따라 관측되는 핵 산란과 자기 산란은 수평 방향을 따라 관측될 수 있다. 따라서, 시료의 90도 회전이 용이하다면, 수평 방향의 분해능만이 우수한 1차원 검출기로 측정을 수행할 수 있다. 즉, 핵 산란만을 측정한 데이터로 자성 물질의 구조에 대한 분석이 가능하며, 핵 산란과 자기 산란을 함께 측정한 데이터에서 핵 산란만을 측정한 데이터를 비교, 자기 산란에 대한 데이터를 추출하여 자기 산란에 대한 연구, 분석이 가능하다.
본 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 영구 자석 N-S 쌍 사이에 시료를 위치시켜 외부 자기장을 제공하며, 제자리에서 각도 변화가 쉽게 가능할 수 있다. 따라서, 종래 1차원 검출기만으로 자성 물질 시료에 대한 분석이 가능하게 한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치의 분해 사시도이다. 도 5는 도 4의 시료 수납부를 확대한 분해 사시도이다. 도 6는 도 4의 핵 산란과 자기 산란 분리 장치를 90도 기울인 상태를 도시한 사시도이다. 도 7a 내지 도 7c은 도 4의 핵 산란과 자기 산란 분리 장치를 회전하는 과정을 도시한 정면도이다.
도 4 내지 도 7c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 바닥부(101), 제1 수납부(102), 제2 수납부(103), 제1 자석(104), 제2 자석(105), 시료 수납부(106), 측면부(107) 및 곡면부(108)를 포함한다.
바닥부(101)는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)를 바닥에 고정시킬 수 있다. 바닥부(101)는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 다른 구성이 배치되는 기판이다. 바닥부(101)는 소정 높이를 가진 평면 기판일 수 있다. 바닥부(101)는 적어도 제1 수납부(102) 및 제2 수납부(103)이 배치될 수 있다. 바닥부(101)는 제1 수납부(102)와의 연결 및 고정을 위한 수납부 이동 레일(109)를 더 포함할 수 있다. 바닥부(101)에 구성되는 수납부 이동 레일(109)를 통해 제1 수납부(102)는 바닥부(101)에 배치되는 위치가 변경될 수 있다. 제2 수납부(103)는 바닥부(101) 및 측면부(107)에 의해 고정된 상태일 수 있다.
제1 수납부(102) 및 제2 수납부(103)는 바닥부(101)에 배치될 수 있다. 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103)는 대칭되어 배치될 수 있다. 또한, 수평한 자기장을 형성하기 위해 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103)는 서로 평행하도록 배치될 수 있다.
제1 수납부(102)는 제1 자석(104)을 수납할 수 있도록 내부가 개방된 하우징일 수 있다. 제1 수납부(102)의 내부 공간에 제1 자석(104)은 안착될 수 있다. 제2 수납부(103)는 일면이 제1 수납부(102)의 타면과 대향되도록 위치할 수 있다. 제2 수납부(103)는 제2 자석(105)을 수납할 수 있도록 내부가 개방된 하우징일 수 있다. 제2 수납부(103)의 내부 공간에 제2 자석(105)은 안착될 수 있다.
제1 자석(104)과 제2 자석(105)은 서로 다른 극성을 가진 영구 자석일 수 있다. 제1 자석(104)는 N극, 제2 자석(105)은 S극일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 자석(104)이 S극, 제2 자석(105)이 N극일 수도 있다.
제1 자석(104)은 제2 자석(105)과 대향하는 면만 개방된 순철 케이스에 밀봉된 상태일 수 있다. 또한, 제2 자석(105)은 제1 자석(104)과 대향하는 면만 개방된 순철 케이스에 밀봉된 상태일 수 있다. 제1 자석(104)과 제2 자석(105)은 NbFeB을 성분으로 하는 영구자석 쌍일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 자석(104)과 제2 자석(105)이 형성하는 자기장의 세기는 0.5mT ~ 1.1mT이다. 순철 케이스는 제1 자석(104)과 제2 자석(105)의 자력이 다른 방향으로 발생하는 것을 차폐하며, 서로 마주보는 방향으로 자기장이 형성되도록 가이드한다. 제1 자석(104)과 제2 자석(105)의 크기는 동일하며, 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103)의 크기도 동일하다. 제1 수납부(102)에 수납된 제1 자석(104)과 제2 수납부(103)에 수납된 제2 자석(105)는 수평한 방향의 자기장을 형성한다. 자기장은 제1 방향(D1)을 따라 인가될 수 있다.
제1 수납부(102)에 수납된 제1 자석(104)과 제2 수납부(103)에 수납된 제2 자석(105) 사이에 시료 수납부(106)는 위치할 수 있다. 시료 수납부(106)를 향해 중성자 광은 제2 방향(D2)을 따라 제공될 수 있다. 제1 방향(D1)은 제2 방향(D2)에 수직한 방향으로 정의된다.
시료 수납부(106)는 극소각 중성자 산란장치를 통해 분석이 수행될 시료를 수납한다. 상기 시료는 Fe, Co, Ni와 같은 원소를 포함하여 자성을 갖고 있는 자성 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 등방성 구조로 이루어진 비자성 물질일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시료 수납부(106)는 몸통부(106a), 시료를 수납하는 시료 케이스(106b), 시료를 고정하는 시료 고정부(106c), 몸통부(106a)의 상부에 형성되며 시료 케이스(106b)가 장착되는 장착홈(106d), 시료 케이스(106b)를 고정하는 시료 케이스 고정부(106e), 몸통부(106a)의 하부에 위치하며 일 방향을 따라 돌출된 돌출부(106f)를 포함한다.
몸통부(106a)는 시료 수납부(106)의 전체 외형을 형성하며, 다른 구성들을 수용하는 기능을 한다. 시료 케이스(106b)는 극소각 중성자 산란장치를 통해 분석이 수행될 시료가 장착되는 케이스이다. 시료 케이스(106b)는 다양한 크기, 형태일 수 있으며, 다양한 종류의 시료를 수납하도록 구성될 수 있다. 시료 고정부(106c)는 시료 케이스(106b)와 결합하여 시료를 고정할 수 있다. 시료가 장착된 시료 케이스(106b) 및 시료 고정부(106c)는 장착홈(106d)에 위치하고, 시료 케이스 고정부(106e)는 몸통부(106a)의 상부와 결합하여 시료 케이스(106b)를 고정시킬 수 있다. 돌출부(106f)는 시료 수납부(106)를 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103) 사이에 로딩하기 위한 손잡이일 수 있다. 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103) 사이에 형성된 자기장의 방향과 수직한 방향을 따라 돌출부(106f)는 연장될 수 있다. 시료 수납부(106)는 전반적으로 비자성 재질(알루미늄 등)로 구성될 수 있어 상기 자기장의 방향에 따른 영향을 받지 않는다. 따라서, 돌출부(106f)를 이용한 시료 수납부(106)의 장착 및 탈착은 용이할 수 있다.
또한, 시료 케이스(106b)의 하부에는 상기 자기장의 방향과 수직한 방향에 따른 장착을 위한 결합부(106g)가 더 형성될 수 있다. 제1 수납부(102)의 타면과 제2 수납부(103)의 일면에는 상술한 결합부(106g)와 결합을 위한 제1 레일부(102a) 및 제2 레일부(103a)가 각각 형성될 수 있다. 제1 레일부(102a)와 제2 레일부(103a)는 대칭되도록 형성되며, 자기장의 방향과 수직한 방향을 따라 연장되도록 구성된다. 제1 레일부(102a)와 제2 레일부(103a)는 시료 수납부(106)의 결합부(106g)와 결합되고, 시료 수납부(106)의 자기장의 방향과 수직한 방향, 제2 방향(D2)에 따른 이동을 가이드 할 수 있다. 또한, 제1 레일부(102a)와 제2 레일부(103a)는 시료 수납부(106)의 위치를 고정시킬 수 있으며, 90도 회전이 일어나더라도 시료 수납부(106)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
측면부(107)는 제2 수납부(102)의 타면과 고정된다. 본 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 시료가 로딩된 상태에서 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 90도 회전될 수 있다. 측면부(107)는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(10)의 90도 회전이 수행되는 경우, 바닥부(101)와 동일한 기능을 수행할 수 있다. 즉, 도 6과 같이 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)가 90도 회전된 상태에서 측면부(107)는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)를 바닥에 고정시킬 수 있다. 측면부(107)는 바닥부(101)와 동일한 재질, 크기로 형성될 수 있다.
곡면부(108)는 바닥부(101)와 측면부(107)를 연결한다. 곡면부(108)는 소정의 곡률의 가진 곡면이 형성될 수 있다. 곡면부(108)의 단면은 제1 점과 제2 점을 양끝점으로 가지는 곡선일 수 있다. 제1 점은 바닥부(101)의 타단과 연결되고, 제2 점은 측면부(107)의 일단과 연결된다. 즉, 평면의 바닥부(101)와 측면부(107)는 곡면인 곡면부(108)로 연결된 상태이다. 곡면부(108)는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 90도 회전을 위한 회전의 중심이 될 수 있다. 즉, 곡면부(108)를 기준으로 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 회전될 수 있다.
도 7a는 회전되기 이전 상태를 도시한 단면도이며, 도 7b는 45도 회전된 중간 상태를 도시한 단면도이고, 도 7c는 90도 회전된 상태를 도시한 단면도이다.
핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 대부분의 구성이 금속 재질로 형성되어 있어 무거운 무게를 가질 수 있으나, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 곡면부(108)에 형성된 곡면을 이용하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 용이하게 회전될 수 있다. 즉, 곡면부(108)은 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 수직 위치 및 수평 위치의 용이한 변화를 제공할 수 있다. 이에 따라, 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 시료의 90도 회전을 용이하게 제공할 수 있어 수평 방향의 분해능만이 우수한 1차원 검출기로 자성 물질의 분석이 가능하게 한다.
본 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)에서, 제1 수납부(102)와 바닥부(101)는 수납부 이동 레일(109)로 연결될 수 있다. 수납부 이동 레일(109)은 제1 수납부(102)와 바닥부(101)의 결합을 고정하는 기능을 제공하여, 제1 수납부(102)가 90도 기울어진 상태에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 수납부 탈착 레일(109)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 수납부(102)를 자기장이 작용하는 방향과 수직인 방향으로 이동시킬 수 있다.
핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)를 이용한 시료의 측정이 완료된 이후, 제1 자석(104)과 제2 자석(105)을 분리하기 위해 작업이 필요하나, 자기장이 작용하고 있는 상태의 제1 자석(104)과 제2 자석(105)을 분리하기는 쉽지 않다. 다만, 상술한 바와 같이, 자기장이 작용하는 방향과 수직인 방향인 제2 방향(D2)에 따른 이동은 상대적으로 자기장의 영향이 최소화되는 이동이다. 따라서, 제1 자석(104)과 제2 자석(105)이 각각 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103)에 수납되어 자기장이 형성된 상태이더라도, 제1 수납부(102)는 수납부 이동 레일(109)에 의해 자기장이 작용하는 방향과 수직인 방향을 따라 바닥부(101)로부터 탈착될 수 있다. 제1 수납부(102)가 바닥부(101)로부터 탈착된 이후, 제1 자석(104)과 제2 자석(105)의 자기장이 약해진 상태에서 제1 자석(104)과 제2 자석(105)은 제1 수납부(102)와 제2 수납부(103)로부터 분리될 수 있다. 분리된 제1 자석(104) 및 제2 자석(105)은 외벽이 순철로 형성된 차폐 박스에 보관될 수 있다. 차폐 박스 내부에는 가교 발포된 폴리에틸렌 폼으로 형성될 수 있어 운송 및 보관시 발생하는 충격에서 제1 자석(104) 및 제2 자석(105)을 보호할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(200)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치의 사시도이며, 도 9는 수납부의 위치 변화에 따른 자기장의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(200)는 바닥부(201), 제1 수납부(202), 제2 수납부(203), 제1 자석(204), 제2 자석(205), 시료 수납부(206), 측면부(207), 곡면부(208) 및 수납부 거리 조절 레일(209)을 포함한다. 본 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(200)의 구성 중 본 발명의 일 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)의 구성과 동일한 명칭을 가지는 구성들은 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 수행하는 바, 이에 대한 중복된 설명은 생략하도록 한다.
수납부 거리 조절 레일(209)은 자기장의 방향과 동일한 방향에 따라 연장된 레일로, 제1 수납부(202), 제2 수납부(203) 상의 거리를 조절한다. 수납부 거리 조절 레일(209)은 제1 방향(D1)에 따라 연장된 형태일 수 있으며, 제1 수납부(202)와 제2 수납부(203)는 제1 방향(D1)에 따른 거리가 조절될 수 있다. 제1 수납부(202)는 수납부 거리 조절 레일(209)에 연결되어 바닥부(201) 상에 결합 위치가 변경될 수 있다. 제1 수납부(202)와 제2 수납부(203) 사이의 거리는 수납부 거리 조절 레일(209)을 통해 조절될 수 있다. 이러한, 거리 조절은 제1 수납부(202) 및 제2 수납부(203)에 제1 자석(204) 및 제2 자석(205)이 수납되기 이전에 수행될 수 있다.
여기서, 제1 수납부(202)와 제2 수납부(203)에 각각 수납되는 제1 자석(204) 및 제2 자석(205) 사이에 형성되는 자기장의 세기는 제1 수납부(202)와 제2 수납부(203) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 거리가 멀어짐에 따라 제1 자석(204)과 제2 자석(205) 사이에 형성되는 자기장의 세기는 감소할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(200)는 제1 자석(204)과 제2 자석(205)을 교체하지 않더라도 제1 수납부(202)와 제2 수납부(203) 사이의 거리를 조절함으로써, 제1 자석(204)과 제2 자석(205) 사이에 형성되는 자기장의 세기를 조절할 수 있다. 이에 따라, 자기 물질성 시료에 적합한 세기의 자기장을 제공할 수 있다. 시료 수납부(106)의 폭은 1 수납부(202)와 제2 수납부(203) 사이의 거리 조절에 대응하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 극소각 중성자 산란장치(10)에 대해 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 극소각 중성자 산란장치의 기본 구성을 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 극소각 중성자 산란장치는 입사되는 중성자(N1) 중 특정 파장만을 선택적으로 단색기로 유도하여 초점을 맞추는 선행단색기(110, premonochromator)와, 입사된 중성자 광을 3번 바운싱(bouncing)하는 한 쌍의 단결정부재[즉, 단색기(120, Bonse-Hart-Agamalian monochromator)와 분석기(130, Bonse-Hart-Agamalian analyzer)]와, 상기 한 쌍의 단결정부재 사이에 배치되고, 시료가 수납되는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100), 단결정부재 중 분석기(130)를 통과한 중성자 광(N2)을 검출하는 검출기(140)로 구성된다. 단색기(120)는 입사된 중성자 광을 시료 측으로 회절시킨다. 분석기(130)는 상기 시료를 기준으로 상기 단색기(120)에 대해 반대편에 위치하고, 시료를 투과한 중성자 광이 제공된다.
도 10은 극소각 중성자 산란장치(10)의 기본적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 실시예에 따라, 단색기 해석기 쌍으로 부터 반사되는 중성자 광의 바운싱 횟수가 1회 이상으로 이루어진 쌍일 수 있다. 단색기와 시료를 통과한 중성자 광의 경로에 복수 개의 분석기가 설치될 수도 있다. 각 분석기를 투과한 중성자 광이 다음 분석기에서 회절될 수 있으므로 동시에 복수 개의 검출기를 이용할 수 있어서, 극소각 중성자 산란을 측정하는 시간을 줄일 수도 있다. 또한, 실시예에 따라, 입사되는 중성자가 진공 상태에서 분석될 수 있도록 단색기 영역과, 분석기 세트 영역을 소정 압력 이하의 진공 상태로 유지함으로써, 공기에 의한 노이즈를 줄이고 중성자 산란 및 흡수를 최소화할 수 있다. 이때, 단색기 영역과 분석기 세트 영역을 각각 부분적으로 감압함으로써, 진공 성능을 높일 수 있고, 다양한 크기의 시료 환경 장치를 설치할 수 있다.
본 실시예에 따른 극소각 중성자 산란장치(10)에서, 분석 대상 시료는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)에 위치한다. 시료는 자성을 가진 자기 물질 시료일 수 있으며, 검출기(140)는 수평 방향(x-방향)의 분해능만 우수한 1차원 검출기일 수 있다. 여기서, 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 상술한 도 1 내지 도 9의 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치일 수 있다. 즉, 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 분석 대상 시료에 외부 자기장을 인가하여 자성물질에서 자기 산란을 유발하는 스핀을 일 방향을 따라 정렬시킬 수 있다. 이러한 외부 자기장이 인가된 상태에서, 수평 방향(x 방향)으로는 핵산란만이 측정되고, 수직 방향(y 방향)으로는 핵 산란과 자기 산란이 동시에 측정된다. 따라서, 수평 방향의 분해능만이 우수한 1차원 검출기로도 핵 산란의 측정이 가능하며, 이를 바탕으로 자성 물질의 구조를 연구할 수 있다.
또한, 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 용이한 90도 회전이 가능하여, 종래 수직 방향을 수평으로 전환할 수 있다. 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치(100)는 상기 시료에 수평 방향에 따른 자기장을 인가하고, 시료에 수직 방향에 따른 자기장을 인가하도록 곡면부를 기준으로 90도 회전이 가능하다. 따라서, 분석 대상 시료에 대한 수평 방향 및 수직 방향에 대한 검출이 1차원 검출기로 각각 가능할 수 있다.
검출기(140)는 수평 방향에 따른 자기장이 인가된 상태에서 상기 시료의 핵 산란을 측정하여 제1 데이터를 생성하고, 수직 방향에 따른 자기장이 인가된 상태에서 상기 시료의 핵 산란과 자기 산란을 모두 측정하여 제2 데이터를 생성할 수 있다. 제1 데이터를 통해 분석 대상 시료에 대한 구조 분석이 가능하며, 상기 제2 데이터에서 상기 제1 데이터를 제외하여 분석 대상 시료의 자기 산란 특성의 분석이 가능할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만 본 발명은 이러한 실시예들 또는 도면에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 바닥부;
    상기 바닥부 상에 위치하는 제1 수납부;
    일면이 상기 제1 수납부와 타면과 대향되도록 상기 바닥부 상에 위치하는 제2 수납부;
    상기 제1 수납부에 수납되는 제1 자석;
    상기 제2 수납부에 수납되고 상기 제1 자석과 다른 극성을 가진 제2 자석;
    상기 제1 수납부와 상기 제2 수납부 사이에 위치하는 시료 수납부;
    상기 제2 수납부의 타면과 고정되는 측면부; 및
    상기 바닥부와 상기 측면부를 연결하는 곡면부를 포함하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 곡면부의 곡면을 이용하여 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 자석은 상기 제2 자석과 대향하는 타면을 제외한 나머지 면이 순철로 차폐되고,
    상기 제2 자석은 상기 제1 자석과 대향하는 일면을 제외한 나머지 면이 순철로 차폐되며,
    상기 제1 자석과 상기 제2 자석은 제1 방향에 따른 자기장을 형성하는 것을 특징으로 하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 방향과 수직인 제2 방향에 따라, 상기 제1 수납부와 상기 바닥부의 연결의 조절하는 수납부 이동 레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 수납부와 상기 제2 수납부 사이의 거리를 상기 제1 방향에 따라 조절하는 수납부 거리 조절 레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 시료 수납부는 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향에 따라 상기 제1 수납부 및 상기 제2 수납부에 장착되기 위한 결합부를 더 포함하고,
    상기 제1 수납부의 타면과 상기 제2 수납의 일면에는 상기 결합부와 결합을 위한 제1 레일부 및 제2 레일부가 각각 더 형성되고,
    상기 제1 레일부 및 상기 제2 레일부는 상기 제2 방향에 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치.
  7. 상기 제1 항 내지 상기 제6 항 중 적어도 한 항에 따른 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치;
    입사되는 중성자 광 중 특정 파장만을 선택적으로 유도하는 맞추는 선행단색기;
    상기 유도된 중성자 광을 시료 측으로 회절하는 단색기;
    상기 시료를 기준으로 상기 단색기에 대해 반대편에 위치하고, 상기 시료를 투과한 중성자 광이 제공되는 분석기; 및
    상기 분석기에서 회절된 중성자 광을 검출하는 검출기를 포함하되,
    상기 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 상기 단색기와 상기 분석기 사이에 위치하고 상기 시료를 수납하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 극소각 중성자 산란장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 시료는 자성을 가진 자기 물질 시료이며,
    상기 검출기는 수평 방향의 분해능을 가진 1차원 검출기이고,
    상기 핵 산란과 자기 산란의 분리 장치는 상기 시료에 수평 방향에 따른 자기장을 인가하고, 상기 시료에 수직 방향에 따른 자기장을 인가하도록 곡면부를 기준으로 90도 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 극소각 중성자 산란장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 검출기는 상기 수평 방향에 따른 자기장이 인가된 상태에서 상기 시료의 핵 산란을 측정하여 제1 데이터를 생성하고,
    상기 수직 방향에 따른 자기장이 인가된 상태에서 상기 시료의 핵 산란과 자기 산란을 모두 측정하여 제2 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 극소각 중성자 산란장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 데이터를 통해 상기 시료에 대한 구조 분석이 가능하며, 상기 제2 데이터에서 상기 제1 데이터를 제외하여 상기 시료의 자기 산란 특성의 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 극소각 중성자 산란장치.
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