Кристалл-монохроматор тепловых нейтронов

Кристалл-монохроматор тепловых нейтронов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюэ Советских

Сациалистических

Республик > 735IOI (61) Доаолнительное к BIBT. свид-ву— (22) Заявлено 15.12.78 (21) 2710750/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.12.81. Бюллетень № 46 (45) Дата опубликования описания 15.12.81 (51) М.Кл. 6 21 К 1/06 гасударственные кемитет ив делам изобретеиий и вткрмтий (53) УДК 539.125 (088.8) (72) Авторы изобретения

М. Л. Кожух, И. Н. Белокурова, С. Б. Вахрушев, В. С. Земсков и В. А. Трунов

Ордена Ленина физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе АН СССР (71) Заявитель

Ф т

1 .пт

2 (54) КРИСТАЛЛ-МОНОХРОМАТОР

ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ

Предлагаемое изобретение относится к области нейтронной физики и может быть использовано для монохроматизации тепловых нейтронов в нейтроннофизических исследованиях. ° б

Широко известны в нейтронной физике монохроматоры тепловых нейтронов на основе кристаллов меди свинца. Такие монохроматоры обладают отражениями высших порядков. Кроме того, даже лучшие из них имеют низкий коэффициент отражения тепловых нейтронов. Известно также использование пиролитичестеого прафита в качестве монохроматора тепловых нейтронов. При более высоком коэффициенте отражения в максимуме кривой као чания (— 70% при Х = 1,8А) он обладает существенным недостатком, так как кристаллы пир олитического графита несовершенны по структуре и имеют мозаичность

1,0 — 1,2 .

В качестве прототипа взят кристаллмонохроматор тепловых нейтронов на основе германия с нарушенной кристаллической 25 решеткой, т. е. пластически деформированного германия. Недостатком прототипа является то, что при обычно используемых мозаичностях кристаллов (результирующая полуширина кривой качания 10 +20 ), .коэффициент в пике кривой качания имеет малую величину — 30% (это определяет и низкий интегральный коэффициент отражения) .

Наличие структуры, состоящей из слабо р азор иентированных блоков с изменяющейся постоянной решетки по толщине кристалла, приводит к увеличению угловой полуширины кривой качания и снижению эффекта вторичной экстинкции, что в свою очередь приводит к увеличению пиковой, а следовательно, и интет;ральной отражательной способности кристалла.

Цель изобретения — повышение интегрального коэффициента отражения тепловых нейтронов от кристалл-монохроматора за счет увеличения пикового коэффициента отражения при сохранении полуширины кривой качания в пределах 10 — 20 угл о вых м и н.

Поставленная цель достигается тем, что кристалл-монохром атор на основе германия выполнен со средним градиентом концентрации кремния 3,0 — 9,5 ат. % lсм с концентрацией кремния на одной из отражающих поверхностей 2,5 — 8,0 ат.

Известно, что германий и кремний образуют непрерывный ряд твердых растворов, имеют одинаковую структуру кристаллической решетки — структуру алмаза, постоян735101 ные решетки, незначительно отличаются о друг от друга (— 5,65 А для германия и о — 5,45 А для кремния), что позволяет регулировать структурное совершество твердого раствора Ge — Si изменением концентрации кремния и его распределения по кристаллу.

Однако заметны изменения в структуре кристаллов твердого раствора Ge — Si, т. е. возникновение блоков мозаики, появляется лишь при минимальной концентрации кремния на одной из отражающих поверхностей

2,5 ат. %. Существование градиента концентрации кремния по толщине кристалла приводит к увеличению напряжения в решетке германия и изменению постоянной кристаллической решетки вдоль направления градиента концентрации кремния.

При концентрации кремния на отражающей поверхности выше 8 ат. % не удалось вырастить монокристалл твердого раствора. Получающиеся поликристаллы . непригодны для использования в качестве кристаллов-монохром аторов тепловых нейтронов, так как дают раасеяние, характерное для дифракции TeIIJIQIBbIx,íåéòðoíoâ,íà поликристалле. Увеличение градиента концентрации кремния свыше 9,5 ат. /ñì также привод ит к тому, что,выращенный кристалл имеет сильно разориентированную поликристаллическую структуру и непригоден к использованию в качестве кристалла-монохроматора тепловых нейтронов. При градиенте же концентрации кремния меньше

3 ат. %/ñì кривая качания кристалловмонохроматоров имеет малую полуширину, и следовательно, низкий интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов даже на кристаллах с минимальным содержанием кремния на одной из отражающих поверхностей до 8 ат. .

На фиг. 1 приведены кривые качания для прототипа (а) и для заявляемого кристалла-монохроматора (б); на фиг. 2— схема устройства, поясняющая его работу.

Интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов на кривой .б больше, чем на кривой а за счет увеличения пикового коэффициента отражения тепловых нейтронов в 2 — 2,5 раза при сохранении используемой обычно полуширины кривой качания в диапазоне 10 — 18.

Кристалл-монохроматор представляет собой монокристалл на основе германия со средним градиентом концентрации крем. ния 3,0 — 9,5 ат. /ñì и с концентрацией кремния на одной из отражающих поверхностей 2,5 — 8,0 ат. %.

При попадании пучка тепловых нейтронов (фиг. 2) из активной зоны реактора 1 на кристалл-монохроматор 2 происходит дифракция нейтронной волны на кристаллемонохроматоре, в результате чего нейтроны, падающие под углом Брэгга 0>, соответствующим уравнению:

lO

2d sin O — — иХ, где d — постоянная решетки кристалламонохроматора;

1. — длина волны тепловых нейтронов; и — порядок отражения.

Происходит монохроматизация «белого» пучка тепловых нейтронов, идушего из реактора. Полученный монохроматический

20 пучок тепловых нейтронов направляется на исследуемый объект 3. В зависимости от конкретной физической задачи могут измеряться параметры рассеяния тепловых нейтронов на объекте 3 с помощью детектора

25 тепловых нейтронов 4.

В выполненном нами кристалле-монохроматоре тепловых нейтронов на основе германия средний градиент концентрации кремния составляет 5 ат. /ñì при конЗО центрации кремния на отражающей поверхности 3 ат. %.

Предлагаемый кристалл-монохроматор тепловых нейтронов позволяет увеличить интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов по сравнению с прототипом почти в 3 раза (фиг. 1) при сохранении высокой монохроматичности дифрагированного пучка тепловых нейтронов при полуширине кривой качания 10 — 12 угло4О вых мин. Измерения были произведены на двукристальном спектрометре, в котором первый кристалл — идеально совершенный

Ge монохроматор, а второй — исследуемый, о

4> Длина волны нейтронов,Х = 1,52 А.

Формула изобретения

Кристалл-монохроматор тепловых ней50 тронов на основе германия с нарушенной кристаллической решеткой, о тл и ч а юшийся тем, что, с целью повышения интегрального значения коэффициента отражения тепловых нейтронов, он выполнен со средним градиентом концентрации кремния

3,0 — 9,5 ат. /см и с концентрацией кремния на одной из отражающих поверхностей

2,5 — 8,0 ат. %.

73510i

Техред Л, Куклина

Корректор И. Осиновскан

Редактор Б. Федотов

Тип. Харьк. фнл. пред. «Патент»

Заказ 23/26 Изд. № 651 Тираж 497 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5