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1、CNIC-01825CAEP-0165中子小角散射实验技术夏庆中陈波(中国工程物理研究院核物理与化学研究所,绵阳,621900)摘要从实验技术角度出发,介绍了中子小角散射谱仪中各主要部件及其相应功能和参数,/Membrana-20中子小角散射实验装置及详细技术特点。并以实际工作过程为主要内容,介绍了中子小角散射实验测量过程中所需要满足的基本要求和条件,分别详细阐述了实验样品选择方法、中子探测器效率刻度技术、标准样品选择技术、绝对散射强度标定技术和实验数据的初步处理过程,提出了中子小角散射实验中各参数优化与基本实验方法。可为今后国内开展中子小角散射实验提供主要的实验技术
2、信息。关键词:中子小角散射技术实验技术标定技术21ExperimentalTechniqueofSmallAngleNeutronScattering(InChinese)XIAQingzhongCHENBo(InstituteofNuclearPhysicsandChemistry,CAEP,Mianyang,621900)ABSTRACTThemainpartsofSmallAngleNeutronScattering(SANS)spectrometer,andtheirfunctionanddifferentparametersareintroducedfrom
3、experimentalaspect.DetailedinformationisalsointroducedforSANSspectrometer/Mem-brana-20.Basedonpracticalexperiments,thefundamentalrequirementsandworkingconditionforSANSexperiments,includingsamplepreparation,detec-torcalibration,standardsampleselectionanddatapreliminaryprocessarede-scribe
4、d.Keywords:Smal-langleneutronscattering,Experimentaltechnique,Calibrationtechnique22引言小角散射是指将入射束(X射线或中子束)投射在物质上,发生于原束附近小角域(小动量转移)范围内的相干弹性散射现象,它是由于散射体内几纳米到几百纳米尺度范围散射密度的变化引起的。按照入射束的种类不同,小角散射通常包括X射线小角散射(SmallAn-gleX-rayScattering,SAXS)和中子小角散射。在中子小角散射中,中子与原子核作用,对材料内散射长度密度变化敏感。由于中子散射有其独特的优点(
5、如对轻元素灵敏,对邻近元素和同位素分辨,具有磁矩,穿透性强等),因而使用中子束作为散射束的中子小角散射技术[1,2]近30年来在许多基础研究和工程技术领域都得到了广泛应用。小角散射技术是测量物质亚微观结构的重要手段,如材料学中的聚合物分子、合金相分离中的相、磁性物质的磁畴、分子生物学所研究的蛋白质生物大分子以及近年来发展的纳米材料等,它们的大小均在小角散射所研究的尺度范围,采用小角散射获得物质亚微观结构的信息,已成为一种探索物质结构的有力工具。1谱仪的基本结构与功能[3]中子小角散射谱仪是用于开展中子小角散射实验研究的装置,其基本结构包括以下几个主要部分:单色器、准直
6、器、样品台及其环境设备、真空探测腔、探测器、数据采集和处理系统等。单色器主要用于将中子束单色化,得到所需波长的中子束。在中子小角散射中,通常有两种方法使中子束单色化,一种是多层介质单色器;另一种是机械速度选择器,目前大部分中子小角散射谱仪采用机械速度选择器。经过机械速度选择器单色化的中子束,其波长分辨率$K/K通常为5%~20%左右。准直器由一组固定准直光阑组成。通常由镉材料制成准直光阑。准直器的作用是根据实验要求选择适当的中子发散度。中子束的强度与中子的发散度是相关联的,有时为了分辨出散射花样的细节,就需要牺牲强度而采用发散度更小的中子束。由于中子的深穿透性,中子小
7、角散射实验可以使用较厚的样品容器,因此,样品台及样品环境设备的配置通常是多功能的,例如,高低温装置、高压容器、真空系统、外磁场装置等。对样品容器通常有下列一般性要求:(1)机械强度)))能抗振动、抗压力(高压环境);(2)耐高、低温性及导热性)))能承受与样品高、低环境温度要求相应的温度,并且使样品处于均匀的温度场中,尽可能无温度梯度;(3)磁屏蔽性)))为使磁性样品材料磁化,容器应无磁屏蔽作用;(4)中子吸收)))容器材料的中子吸收截面小,对中子的吸收少;(5)容器本底)))容器材料的中子非相干散射长度(或散射截面)小,容器本底低,因为非相干散射是
