中子超反射鏡設計方法研究.pdf

1、中子檢測技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，使得人們對入射到樣品表面中子強度的要求越來越高，中子多層膜光學元件是提高中子使用率的有效手段之一。用非周期的多層膜代替單層Ni膜作為中子導管的內鍍層可以將反射臨界角增加到Ni的全反射臨界角的m倍，從而將導管內的中子通量提高到原來的m<'2>倍，大大提高了中子的使用效率。因此開展基于非周期結構的中子超反射鏡的研究具有非常重要的科學和技術意義。性能優(yōu)越的中子超反射鏡不僅要求具有較大的反射臨界角度，還要在整個

2、工作區(qū)域內具有比較高的反射率。而要制作出具有高反射率的中子超反射鏡，就要求其結構中具有盡可能少的膜對數(shù)。本文從這兩個目標出發(fā)，開展了中子超反射鏡設計方法的研究。 基于中子與物質相互作用的機理，考慮到實際應用的低能中子的特性以及中子的波粒二相性，從量子力學的角度出發(fā)，得出了物質的散射長度和吸收截面與材料對中子的折射率之間的關系。計算了典型材料的中子光學常數(shù)；用矩陣法實現(xiàn)了理想中子多層膜元件反射率的計算?；诜抢硐攵鄬幽さ慕Y構模型，

3、討論了非理想中子超反射鏡的工作原理，實現(xiàn)了中子超反射鏡性能的精確模擬計算。 綜合考慮中子的散射長度密度和吸收截面的作用，設計了一種中子多層膜膜層材料的選擇方法。使用該種方法，可以直觀、準確的實現(xiàn)在所有物質范圍內選擇中子多層膜膜層材料。本文分別討論了三種典型的中子超反射鏡的設計方法，并分別給出了相應的超反射鏡的設計結構。在理想多層膜條件下，分析了算法中關鍵參數(shù)的作用，并在具體設計要求的基礎上，對其進行了優(yōu)化。計算結果證明，參數(shù)優(yōu)化

4、后的設計方法得到的m=2和m=3的中子超反射鏡結構中，具有更少的膜對數(shù)，便于制備。通過對相同指標條件下設計的中子超反射鏡結構的比較，可以確定基于實際膜層結構的Real-structure Design方法可以設計出最為簡單的和易于制備的中子超反射鏡結構。另外，這種方法還可以部分的彌補因為多層膜的表界面粗糙度而造成的反射率損失，可以證明該方法是一種比較優(yōu)越的中子超反射鏡設計方法。針對多層膜的實際結構和制作過程，分別討論了材料對中子的吸收作