一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片及其制备方法，所述波带片为振幅型冷中子波带片或相位型冷中子波带片；振幅型冷中子波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带；相位型波带片将一组相邻的不改变相位的半波带和改变相位的半波带作为一个波带，相邻波带间的波带面积线性增加或线性减少；焦深为

A cold neutron focused zone plate with long focal depth and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片及其制备方法
本专利技术属于中子聚焦和中子成像基础和应用
，具体涉及一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片及其制备方法。
技术介绍
一般中子源产生的是快中子。快中子在减速剂中碰撞减速。当能量降到0.025电子伏左右,中子能量与减速剂分子热动能量达成热平衡。这时的中子叫做热中子。根据PSI研究所对冷中子的定义，冷中子波长范围是2.6埃到26.1埃。当前，中子衍射和成像已经成为生物物理学和纳米科学等这些快速发展领域中的重要支撑技术。其中，菲涅尔波带片被认为是中子衍射和成像系统中的一种重要中子光学聚焦元件。1980年，Kearney等人首次证明了相位型波带片可以实现冷中子束的聚焦，但是由于此类波带片只能实现焦深较短的中子聚焦，所以在实际应用上有很大的限制。目前，国内和国际的科研团队均致力于研制具有长焦深特点的聚焦中子波带片。本专利技术提供了一种具有长焦深特点的冷中子聚焦波带片很好地突破了上述限制。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供种具有长焦深特点的冷中子聚焦波带片及其制备方法，可根据实际需求改变设计参数，实现冷中子较大范围长焦深聚焦。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种具有长焦深特点的冷中子聚焦波带片，所述波带片为振幅型冷中子波带片或相位型冷中子波带片；振幅型冷中子波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带；相位型冷中子波带片将一组相邻的不改变相位的半波带和改变相位的半波带作为一个波带；相邻波带间的波带面积线性增加或线性减少；焦深为n为波带序数，λ为冷中子波长，Δs为相邻波带面积改变量。进一步的，当所述波带片为振幅型中子波带片时，波带片中心位置的半波带为透中子半波带或不透中子半波带。进一步的，所述不透中子半波带所用材料为Gd。进一步的，所述不透中子半波带厚度范围为0.7微米到6微米。进一步的，所述改变相位的透中子半波带材料为Ni。进一步的，所述改变相位的透中子半波带厚度范围为1.2849微米到12.849微米。为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种具有长焦深特点的冷中子聚焦波带片的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)根据入射波长λ、中心焦距f0、波带序数n确定波带片半径rn和中心焦距f0对应的波带面积S0；(2)根据入射波长λ、波带序数n、中心焦距f0、中心焦距f0对应的波带面积S0确定相邻波带面积变化量Δs；(3)根据相邻波带面积变化量Δs、中心焦距f0对应的波带面积S0确定各波带面积和波带边缘到波带片中心的距离r；(4)根据波带片类型在硅基片上依次磁控溅射Cr、Gd、Cr或Cr、Ni、Cr三层材料得到模板；(5)光刻，并对模版进行刻蚀得到具有长焦深的冷中子聚焦波带片。进一步的，所述步骤(4)中具体包括以下步骤：若为振幅型波带片，则在硅基片上依次磁控溅射不同厚度的Cr、Gd和Cr三层材料；若为相位型波带片，则在硅基片上依次溅射或电镀不同厚度Cr、Ni和Cr三层材料。进一步的，所述步骤(5)中具体包括以下步骤：根据设计参数先进行光刻，光刻后，若为振幅型波带片，则利用氯和二氧化碳的混合气体，对模版进行刻蚀，并利用硫酸溶液将未被Cr材料遮盖的处于透中子半波带上的Gd材料去除；若为相位型波带片，则利用氧/CF4对模版进行刻蚀。本专利技术的效果在于，通过设计波带片波带面积的特殊变化实现中子聚焦且具有长焦深的特点。附图说明图1是本专利技术所述振幅型波带片的平面示意图，其中a是波带片中心位置的半波带为透中子半波带的波带片，b是波带片中心位置的半波带为不透中子半波带的波带片；图2为传统菲涅尔波带片的示意图，其中a图是(X，Y)坐标系下的示意图，b图是(r2,θ)坐标系下的示意图；图3为是专利技术所述振幅型波带片的示意图，其中a图是(X，Y)坐标系下的示意图，b图是(r2,θ)坐标系下的示意图；图4为中子入射波带片不同位置的聚焦示意图，其中a图是中子入射波带片中心位置半波带不同位置的聚焦示意图，b图是中子分别入射波带片中心位置半波带和其相邻半波带的聚焦示意图；图5为冷中子波长为Gd材料的厚度对中子吸收百分比的示意图；图6为本专利技术所述的针对的振幅型中子波带片的制作结构示意图，其中a图是溅射结束但未光刻的本专利技术所述波带片结构示意图，b图是经过光刻和气体刻蚀后本专利技术所述波带片结构示意图，c图是本专利技术所述波带片最终结构示意图。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施例的技术方案作进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片，所述波带片为振幅型冷中子波带片或相位型冷中子波带片。振幅型冷中子波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带；相位型冷中子波带片将一组相邻的不改变相位的半波带和改变相位的半波带作为一个波带。相邻波带间的波带面积线性增加或线性减少。焦深为n为波带序数，λ为冷中子波长，Δs为相邻波带面积改变量。振幅型中子波带片的结构由一组对称的透中子半波带和不透中子半波带所组成。根据现有的振幅型中子波带片结构，只允许序数为奇数或偶数半波带透过中子，透中子半波带和不透中子半波带都可以作为波带片中心位置半波带。如图1a、1b所示，图1是本专利技术所述振幅型波带片的平面示意图，其中a是波带片中心位置半波带为透中子半波带的波带片，b是波带片中心位置半波带为不透中子半波带的波带片。振幅型中子波带片通过阻挡中子穿过相干相消的半波带达到聚焦的效果。相位型中子波带片由不改变相位的半波带和改变相位的半波带交替组成。相邻半波带光程差为即由位置关系引起的相位差为π，由改变相位的透中子半波带材料厚度引起的相位差也为π，所以中子穿过相邻半波带在焦点处的相位差为2π，最终使穿过波带片的中子在焦点处相干加强。相位型中子波带片则是通过改变中子穿过奇数或偶数半波带的相位达到聚焦效果。振幅型波带片和相位型波带片有相似的聚焦特性，以下以振幅型波带片为例进行详细说明。传统菲涅尔波带片在(X，Y)坐标系和(r2，θ)坐标系下如图2a、2b所示，两个坐标系的转换关系为X＝rcos(θ)，Y＝rsin(θ)。波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带，传统菲涅尔波带片各波带面积相同。而本专利技术中的长焦深波带片的波带面积应满足线性增加或线性减少的规律，即Sn＝S1+(n-1)Δs或Sn＝S1-(n-1)Δs，其中n为波带序数，Δs为相邻波带面积变化量，其中S和图3中的周期T的关系式为S＝πT，其中Δs和图3中的周期变化量Δt关系式为Δs＝πΔt，其在(X，Y)坐标系和(r2，θ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述波带片为振幅型冷中子波带片或相位型冷中子波带片；振幅型冷中子波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带；相位型冷中子波带片将一组相邻的不改变相位的半波带和改变相位的半波带作为一个波带；相邻波带间的波带面积线性增加或线性减少；/n焦深为

【技术特征摘要】
1.一种具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述波带片为振幅型冷中子波带片或相位型冷中子波带片；振幅型冷中子波带片将一组相邻的透中子半波带和不透中子半波带作为一个波带；相位型冷中子波带片将一组相邻的不改变相位的半波带和改变相位的半波带作为一个波带；相邻波带间的波带面积线性增加或线性减少；
焦深为n为波带序数，λ为冷中子波长，Δs为相邻波带面积改变量。


2.根据权利要求1所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，当所述波带片为振幅型中子波带片时，波带片中心位置的半波带为透中子半波带或不透中子半波带。


3.根据权利要求1所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述不透中子半波带所用材料为Gd。


4.根据权利要求3所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述不透中子半波带厚度范围为0.7微米到6微米。


5.根据权利要求1所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述改变相位的透中子半波带材料为Ni。


6.根据权利要求5所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片，其特征在于，所述改变相位的透中子半波带厚度范围为1.2849微米到12.849微米。


7.根据权利要求1-6任意项所述的具有长焦深的冷中子聚焦波带片的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小东，张琦，陈刚，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11