中子超反射镜设计方法的研究

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1、摘要中子检测技术的飞速发展和广泛应用，使得人们对入射到样品表面中子强度的要求越来越高，中子多层膜光学元件是提高中子使用率的有效手段之一。用非周期的多层膜代替单层Ni膜作为中子导管的内镀层可以将反射临界角增加到Ni的全反射临界角的m倍，从而将导管内的中子通量提高到原来的∥倍，大大提高了中子的使用效率。因此开展基于非周期结构的中子超反射镜的研究具有非常重要的科学和技术意义。性能优越的中予超反射镜不仅要求具有较大的反射临界角度，还要在整个工作区域内具有比较高的反射率。而要制作出具有高反射率的中子超反射镜，就要求其结构中具有尽可能少的膜对数。本文从这两个目标出发，开展了中子超反射镜设计

2、方法的研究。基于中子与物质相互作用的机理，考虑到实际应用的低能中子的特性以及中子的波粒二相性，从量子力学的角度出发，得出了物质的散射长度和吸收截面与材料对中子的折射率之间的关系。计算了典型材料的中子光学常数；用矩阵法实现了理想中子多层膜元件反射率的计算。基于非理想多层膜的结构模型，讨论了非理想中予超反射镜的工作原理，实现了中子超反射镜性能的精确模拟计算。综合考虑中子的散射长度密度和吸收截面的作用，设计了一种中子多层膜膜层材料的选择方法。使用该种方法，可以直观、准确的实现在所有物质范围内选择中子多层膜膜层材料。本文分别讨论了三种典型的中子超反射镜的设计方法，并分别给出了相应的超反

3、射镜的设计结构。在理想多层膜条件下，分析了算法中关键参数的作用，并在具体设计要求的基础上，对其进行了优化。计算结果证明，参数优化后的设计方法得到的m=2和m=3的中子超反射镜结构中，具有更少的膜对数，便于制备。通过对相同指标条件下设计的中子超反射镜结构的比较，可以确定基于实际膜层结构的Real．structureDesign方法可以设计出最为简单的和易于制备的中子超反射镜结构。另外，这种方法还可以部分的弥补因为多层膜的表界面粗糙度而造成的反射率损失，可以证明该方法是一种比摘要较优越的中子超反射镜设计方法。针对多层膜的实际结构和制作过程，分别讨论了材料对中子的吸收作用、膜层表界面

4、粗糙度、膜厚控制随机误差和系统误差对超反射镜反射特性的影响。得出在实际制备中子超反射镜的过程中，为获得高的反射率，膜厚随机误差应控制在5％以内，为实际制备中子超反射镜提供了必需的技术指标。关键词：中子，非周期多层膜，超反射镜，反射临界角ABSTRACTWiththedevelopmentandwideapplicationofnen仃onscatteringanddiffractingtechnology,higherneutronintensity,whicharrivingatmeasuredsamples，isrequired．Neutronmultilayerdemen

5、tsareimportanttoolsforimprovingtheutilizationrangeofneutronsource．NeutronguidebasedonaperiodicmultilayerinsteadofNisinglelayercalltransferseveralmoretimesneutronsfromtheSOUrCetothespectrographwithoutchangingthestructureofneutronsource．Inordertoachievethelargecriticalangleoftotalreflectionand

6、highreflectivity,studyingthealgorithmofneutronsupcrmirrorsisnecessaryandsignificant．Basedontheinteractionsofneutronandmatters，wecalculatetheneutronindexeitherfi!omthestandpointofwaveorclassicalparticlemechanicsasthescatteringamplitudeCanbeeasilyrelatedtotheactualpotentialwellproducingthescat

7、tering．ThecalculationmethodforthereflectivityofneutronmulfilayerWasexplained．AccordingtothemethodforthereflectivityofimperfectX—Raymulfilayer,Wediscussedtheworkingprincipleofimperfectneutronmultilayer．Wepresentedthemethodofselectingthemultilayermat