[发明专利]一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置及其应用

说明书

本发明提供了一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置及其应用，所述装置包括软磁薄膜、用于安装软磁薄膜的薄膜支架、与薄膜支架连接的位置调节机构、及用于固定支撑位置调节机构的固定支架。本发明装置采用软磁薄膜作提供面内局部强磁场，该磁场以小角度倾斜放置，使得内部磁场与中子极化方向几乎垂直，极化中子在薄膜内部发生拉莫尔进动，在合适的薄膜厚度下，中子极化方向旋转接近180°，达到几乎翻转的效果。为满足薄膜磁性和厚度的要求，本发明采用了磁控溅射的方法制备高饱和磁感应强度的软磁薄膜，为满足高安装精度和可调倾斜角度的安装要求，为自旋翻转薄膜配备了高精度的位置调节机构。

技术领域

本发明属于核技术应用领域，具体涉及一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置及其应用。

背景技术

中子自旋回波小角散射技术是一种先进的中子散射测试手段，能够从原子结构层面研究高强高韧纤维、太阳能电池、高比表面材料内部分子结构，探索航空航天特种金属材料析出相的结构演变等。自旋翻转器件是中子自旋回波谱仪小角模式的核心部件。通过在谱仪的主磁场中平行放置四套自旋翻转器，将中子与样品发生散射的角度编码为中子束流极化率的改变，从而反推中子散射角度信息。目前，国内中子散射技术正处于初步发展阶段，中子自旋回波小角散射技术研究尚属空白，也未见基于软磁薄膜的中子自旋翻转器件。国外相关研究也甚少，其中一台基于反应堆中子源的自旋回波小角谱仪，采用的是固定支架，只能针对固定波长的中子，且安装在谱仪后软磁薄膜的倾斜角不能方便可调。尤其针对反应堆中子源上的自旋回波小角散射谱仪，为了达到更高的自旋回波长度，需要对中子翻转器的平行度可精确到1mrad，仅仅靠手动调节难以达到该精度，且四片薄膜倾斜角度的一致性很难保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置及其应用，该装置可实现极化中子在单个自旋翻转器中的翻转效率达到95％，还为中子进动主磁场提供了高度平行的磁场边界。

本发明具体采用如下技术方案：

一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置，所述装置包括FeSi软磁薄膜、用于安装FeSi软磁薄膜的薄膜支架、与薄膜支架连接的位置调节机构、及用于固定支撑位置调节机构的固定支架；所述薄膜支架包括铝合金框架、L型支架，其中，位置调节机构由上至下包括水平方向角度调节机构、倾斜角度调节机构、升降调节机构及水平方向位移调节机构；中子自旋回波小角散射谱仪中一共包含四套中子自旋翻转装置，该中子自旋翻转装置成对使用，互相平行布置，分别位于散射谱仪的前后臂。

其中，所述水平方向角度调节机构包括与L型支架固定连接的弧摆台，其中弧摆台通过弧摆台调节螺栓、弧摆台锁紧螺栓调节和锁定水平方向上摆动角度；所述的倾斜调节机构包括倾斜-俯仰转台台面Ⅰ和倾斜-俯仰转台台面Ⅱ，所述的倾斜-俯仰转台台面Ⅰ和倾斜-俯仰转台台面Ⅱ之间通过弹簧连接；所述的升降调节机构包括升降调节台及升降调节螺栓；水平方向位移调节机构包括水平方向位移调节台及水平方向位移调节螺栓，其中，所述的弧摆台可拆卸式安装于倾斜-俯仰转台台面Ⅰ的上端面，倾斜-俯仰转台台面Ⅱ可拆卸式安装于升降调节台的上端面，升降调节台可拆卸式安装于水平方向位移调节台的上端面，水平方向位移调节台可拆卸式安装于固定支架，固定支架通过底座固定于实验台，其中，所述的固定支架的高度取决于中子束流的高度。

本发明基于FeSi软磁薄膜的中子自旋翻转装置，可用于极化中子自旋翻转和提供主磁场倾斜的进动场边界。所述装置采用FeSi软磁薄膜作提供面内局部强磁场，该磁场以小角度倾斜放置，使得内部磁场与中子极化方向几乎垂直，极化中子在薄膜内部发生拉莫尔进动，在合适的薄膜厚度下，中子极化方向旋转接近180°，达到几乎翻转的效果。中子翻转角度受到薄膜磁性、厚度、安装角度、位置精度共同影响。为满足薄膜磁性和厚度的要求，本发明采用了磁控溅射的方法制备高饱和磁感应强度的FeSi软磁薄膜。为满足高安装精度和可调倾斜角度的安装要求，为自旋翻转薄膜配备了高精度的位置调节机构。需说明的是，本发明作为自旋回波小角中子散射谱仪的关键器件，需配合高均匀度进动磁场使用，可用于测量材料内部纳米至微米尺度结构，探索金属材料析出相结构演变等，弥补传统中子小角散射谱仪的不足。