本发明专利技术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。本发明专利技术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，本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置及其应用
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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；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。本专利技术基于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，本专利技术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。需说明的是，本专利技术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。弧摆台可通过螺栓调节软磁薄膜水平方向上的倾斜角度，不同的角度对应不同波长的中子，可满足一定中子波长范围内的使用，调节精度可达到1mrad。倾斜调节机构可调节软磁薄膜的左右倾斜角和俯仰角度，可连接电机进行电动微调。升降调节机构可对薄膜的高低位置进行微调，调节精度可达10μm。水平方向位移调节机构可对薄膜的水平位置进行微调，调节精度也为10μm。进一步，所述的铝合金框架预留有光滑面作为光学调试基准，为四套自旋翻转装置的平行度调整提供了基准面。进一步，所述的软磁薄膜为坡莫合金薄膜，采用磁控溅射的方法制备而成，薄膜表面平整度达纳米量级，保证极化中子在经过薄膜内部不同位置时，所经历的路径长度相等，自旋翻转效率高。前后臂进动区域差异小。进一步，安装完成后，四套自旋翻转器的软磁薄膜平行度好于1mrad，以软磁薄膜为边界的主磁场内不同位置处的水平方向长度差异小于20μm。薄膜安装平行度可通过以L型支架端面为基准面进行光学调试手段达到。进一步，所述的铝合金框架、L型支架采用的是7系铝合金，保证对主磁场不会造成干扰。进一步，所述的升降调节机构和水平位移调节机构的位置调节步长为10μm，弧摆台和倾斜调节机构的角度调节步长为1mrad。进一步，所述固定支架及位置调节机构均采用无磁性不锈钢材料，外表喷漆防氧化。本专利技术还提供了一种根据前述基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置的应用，其特点是，该基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置应用于中子自旋回波小角散射谱仪。本专利技术部件能够实现单能极化中子的自旋翻转，实现较高的翻转效率。同时本专利技术为中子自旋进动提供了倾斜磁场边界。计算结果显示，在满足一定波长和束流光斑大小的要求下，倾斜角度越小，软磁薄膜之间的平行度越高，谱仪前后臂的主进动磁场的尺寸差异越小，则谱仪的自旋回波长度越大，能够测量的样品微观结构尺寸就越大。本专利技术的有益结果在于：本专利技术是一种用于中子自旋回波小角散射谱仪的中子极化翻转装置，包括软磁薄膜和支撑调节机构，具有以下特点：一，采用软磁薄膜作为中子自旋翻转关键器件。薄膜是利用磁控溅射制备的坡莫合金材料，以硅片为基底，表面平整。此外，坡莫合金薄膜的饱和磁感应强度大，所需饱和场低，能够满足其作为中子自旋翻转器的基本要求。二，薄膜的支撑机构采用的是7系铝合金，保证无磁性。薄膜和支撑机构是需要放置在一个高均匀性磁场中使用的，除了薄膜本身，其他部件必须完全无磁，否则会影响主磁场的均匀性。三，位置调节机构具有高低、左右、前后水平位置和三维旋转太调节方式，以控制磁性薄膜位于主磁场中心位置。调节机构的位置调节精度小于10μm，角度调节步长小于1mrad。四，利用光学调试手段保证四片薄膜的平行度。由于本专利技术与四个主磁场共同构成中子自旋回波小角散射谱仪的前后两臂，为了保证前后两臂的长度相等，四个自旋翻转器需要两两平行。本专利技术在薄膜支撑架端面保留了一个光滑面作为光学调试基准。附图说明图1本专利技术一对中子自旋翻转器件立体图；图2为本专利技术的用于自旋回波小角散射谱仪的中子自旋翻转器件结构示意图主视图；图3为本专利技术的用于自旋回波小角散射谱仪的中子自旋翻转器件结构示意图俯视；图中，1.软磁薄膜2.铝合金框架3.L型支架4.弧摆台5.弧摆台锁紧螺栓6.弧摆台调节螺栓7.高度调节螺栓8.倾斜-俯仰转台台面I9.弹簧10.倾斜-俯仰转台台面II11.倾斜-俯仰转台调节螺栓12.升降台调节螺栓13.升降调节本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置，其特征在于，所述装置包括软磁薄膜(1)、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(16)；所述薄膜支架包括铝合金框架(2)、L型支架(3)，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；/n其中，所述水平方向角度调节机构包括与L型支架(3)固定连接的弧摆台(4)，其中弧摆台(4)通过弧摆台调节螺栓(6)、弧摆台锁紧螺栓(7)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(8)和倾斜-俯仰转台台面II(10)，所述的倾斜-俯仰转台台面I(8)和倾斜-俯仰转台台面II(10)之间通过弹簧(9)连接；所述的升降调节机构包括升降调节台(13)及升降调节螺栓(12)；水平方向位移调节机构包括水平方向位移调节台(14)及水平方向位移调节螺栓(15)，其中，所述的弧摆台(4)可拆卸式安装于倾斜-俯仰转台台面I(8)的上端面，倾斜-俯仰转台台面II(10)可拆卸式安装于升降调节台(13)的上端面，升降调节台(13)可拆卸式安装于水平方向位移调节台(14)的上端面，水平方向位移调节台(14)可拆卸式安装于固定支架(16)，固定支架(16)通过底座(17)固定于实验台，其中，所述的固定支架(16)的高度取决于中子束流的高度。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于软磁薄膜的中子自旋翻转装置，其特征在于，所述装置包括软磁薄膜(1)、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(16)；所述薄膜支架包括铝合金框架(2)、L型支架(3)，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(3)固定连接的弧摆台(4)，其中弧摆台(4)通过弧摆台调节螺栓(6)、弧摆台锁紧螺栓(7)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(8)和倾斜-俯仰转台台面II(10)，所述的倾斜-俯仰转台台面I(8)和倾斜-俯仰转台台面II(10)之间通过弹簧(9)连接；所述的升降调节机构包括升降调节台(13)及升降调节螺栓(12)；水平方向位移调节机构包括水平方向位移调节台(14)及水平方向位移调节螺栓(15)，其中，所述的弧摆台(4)可拆卸式安装于倾斜-俯仰转台台面I(8)的上端面，倾斜-俯仰转台台面II(10)可拆卸式安装于升降调节台(13)的上端面，升降调节台(13)可拆卸式安装于水平方向位移调节台(14)的上端面，水平方向位移调节台(14)可拆卸式安装于固定支架(16)，固定支架(16)通过底座(17)固定于实验台，其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：王亭亭，屠小青，伊圣振，王燕，王云，王宗悦，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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