[发明专利]中子反射谱仪单色器的调节装置和用其调整单色器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有水平样品几何的中子反射谱仪单色器的调节装置和用其调整单色器的方法，属于中子反射技术领域。

背景技术

中子反射技术是80年代初、中期发展起来的中子散射技术的一个分支，已经成为探测0.1nm-100nm范围内表面和界面结构的一种强有力的手段。中子反射技术需要波长为λ，带宽为Δλ的单色中子束。反应堆提供的中子通常都具有连续的能谱，这种中子源称为白光中子源。用Bragg反射从白光中子源中获取单色中子束的晶体称为晶体单色器。当反应堆引出的白光中子源以θ_M角与晶体的晶面(hkl)相交时，根据Bragg定律，反射束的波长λ和晶面间距d_hkl、散射角2θ_M之间的关系为：λ＝2d_hklsinθ_M。选择不同的晶面间距d_hkl或入射角θ_M可获得不同波长的单色中子束。在中子反射实验中，最常用的晶体单色器为晶面(002)取向的高定向热解石墨单色器。因此，为了从白光中子源中获取满足中子反射实验所需波长λ的中子束，需要调节白光中子源与单色器之间的夹角θ_M。

中子反射技术通过测量样品反射率随垂直样品方向的散射矢量Q(散射矢量Q＝4πsinθ/λ，其中λ为中子束的波长，θ为中子束的入射角即中子束与样品表面的夹角)的变化关系，反映散射长度密度沿垂直样品方向的分布，通过分析反射率曲线得到样品厚度、散射长度密度、表面和界面的粗糙度等信息。根据样品几何的不同，中子反射谱仪通常可以分为具有水平样品几何的中子反射谱仪和具有垂直样品几何的中子反射谱仪两种。具有垂直样品几何的中子反射谱仪适用于固体样品的测量，可以通过旋转固体样品而保持单色器不动实现入射角度的变化，因而其单色器的调节装置比较简单。具有水平样品几何的中子反射谱仪不仅适用于固体样品的测量，也适用于液体样品的测量。由于液体的表面在重力作用下只能保持水平面，因此不能通过旋转或倾斜样品来实现入射角度的变化。因此，对于具有水平样品几何的中子反射谱仪，为获得散射矢量变化量ΔQ，中子束的入射角需改变Δθ，需要倾斜晶体单色器偏离其反射平面Δθ/2角来提供中子反射实验用的中子束。

另外，液体的散射长度密度较低，导致中子反射临界角较小，且反射率较低，需要高强度的中子束。为提高中子反射实验所用的中子束强度，提高测试效率，在白光中子源通量一定的情况下，需要最大范围的截取白光中子源，因此需要精确调整晶体单色器的几何中心与白光中子源的相对位置。

目前国内没有关于具有水平样品几何的中子反射谱仪的单色器调节装置的报道。国际上最先进的是美国国家标准技术研究院(National Institute of Standards and Technology)中子研究中心的水平样品几何中子反射谱仪，但未检索到这台谱仪使用的单色器调节装置及方法的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有水平样品几何的中子反射谱仪单色器的调节装置和用其来调整单色器的方法。

本发明提供的具有水平样品几何的中子反射谱仪单色器的调节装置包括支撑单色器的支撑块、基座、精密角度位移台、精密旋转台、精密水平位移台和精密高度位移台；所述精密角度位移台由固定座a和与所述固定座a活动连接的可沿所述固定座a的弧形轨道进行摆动的精密角度位移弧形台面组成；所述精密旋转台由固定座b和设置于所述固定座b上的可旋转的精密旋转台面组成；所述精密水平位移台由固定座c和设置于所述固定座c上的可水平移动的精密水平位移台面组成；所述精密高度位移台由固定座d和设置于所述固定座d上的可升降的精密高度位移台面组成；所述支撑块设于所述基座上；所述基座设于所述精密角度位移弧形台面上，所述固定座a设于所述精密旋转台面上，所述固定座b设于所述精密水平位移台面上，所述固定座c设于所述精密高度位移台面上。

上述的调节装置中，所述单色器的入射面与水平面成90°角；所述单色器的几何中心到所述基座的底面的高度等于所述精密角度位移台的转动轴线到所述精密角度位移弧形台面的高度；所述精密旋转台面的回转轴线通过所述单色器的几何中心；所述精密水平位移台的中轴线与所述精密旋转台面的回转轴线垂直相交；所述精密高度位移台的垂直中线与所述精密旋转台面的回转轴线重合，所述精密高度位移台的垂直中线与所述精密水平位移台的中轴线垂直相交。