[发明专利]一种用于中子小角散射谱仪聚焦的菲涅尔透镜组的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于中子小角散射谱仪聚焦的菲涅尔透镜组的制备方法，该菲涅尔透镜组的制备方法在中子小角散射谱仪最小Q布局情况下，确定菲涅尔聚焦透镜焦距，选择透镜个数和入射中子波长，以此来确定单个菲涅尔透镜的焦距、以圆片中心为凹透镜顶点确定球形或者抛物线形凹透镜曲率半径，随后在凹透镜外周制备锯齿形顶角。本发明与基于反应堆和散裂中子源的中子小角散射谱仪联用，能够在中子小角散射谱仪最小Q布局下增强样品位置中子通量。

技术领域

本发明属于中子小角散射实验领域，具体涉及一种用于中子小角散射谱仪聚焦的菲涅尔透镜组的制备方法。

背景技术

中子小角散射是研究亚微观结构和形态特征的一种重要技术和手段，现已广泛应用于聚合物、生物大分子、凝聚态物理和材料科学等学科，研究领域涉及合金、悬浮物、乳液、胶体、高分子溶液、天然大分子、液晶、薄膜、聚电解质、复合物、纳米材料和分形等。在发达国家，每一个研究堆都有一台或几台中子小角散射谱仪作为材料研究的重要技术手段。中子小角散射主要研究材料内部微观粒子尺寸、尺寸分布、形状、分形等参数。材料内部微观粒子尺寸可能在几纳米、几十纳米甚至几百纳米量级。一台中子小角散射谱仪建成之后，谱仪的Q范围就确定，其测量散射粒子的粒径范围就基本确定，如果超过这个范围的散射粒子，现有谱仪就无法完成，而本领域通常利用复合折射透镜组来拓展可测量的最大散射粒子的粒径范围，但由于复合折射透镜采用双凹透镜技术，单个镜片厚度较大，造成透镜组长度尺寸过大，导致整个装置的中子透过率较低、不利于有效利用中子源。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种透过率高的用于中子小角散射谱仪聚焦的菲涅尔透镜组的制备方法。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于中子小角散射谱仪聚焦的菲涅尔透镜组的制备方法，其特点是，该方法包括如下步骤：

(1)选取N片一定厚度的透镜基材；

(2)确定中子小角散射谱仪最小Q布局下的菲涅尔透镜组焦距f_t；

(3)以透镜基材的中心点为圆心，加工曲率半径为R、深度为b的凹透镜，且凹透镜深度b小于透镜基材厚度；

(4)在透镜基材的凹透镜外周依次加工第i个锯齿形切口顶角θ_2i，i＝1，2，3，…，获得各单片菲涅尔透镜；

(5)将N片菲涅尔透镜按照锯齿形切口朝向一致的方式依次叠加形成菲涅尔透镜组。

进一步，步骤(2)中，在中子小角散射谱仪最小Q布局下，菲涅尔透镜组的焦距f_t为：

其中，L₁为中子小角散射谱仪的中子导管出口到透镜组中心的距离，L₂为透镜组中心到中子小角散射谱仪的探测器之间的距离。

进一步，步骤(3)中，凹透镜曲率半径R为：

式中,d为透镜材料的质量密度，单位：g/cm³；N_av为阿伏伽德罗常数，6.02×10²³/mol；M为材料的摩尔质量，即分子量，单位：g/mol；b_c为透镜材料的相干散射长度，其值可在核数据表中查到，单位：fm，1fm＝10^-13cm；λ为入射中子波长，单位：

进一步，步骤(4)中，凹透镜外周第i个锯齿形切口的顶角θ_2i为：

其中，i＝1，2，3，…；R₁为凹透镜边缘距光轴中心线之间的距离；令，θ₂₀＝0