О Центре

Центр коллективного пользования «Нейтронные исследования конденсированных сред» (ЦКП НИКС) создан на базе реактора ВВР-М (ФГБУ «ПИЯФ» НИЦ КИ). Сотрудниками ЦКП НИКС накоплен большой и разнообразный, включающий в себя как исследования фундаментальных магнитных и структурных свойств вещества, так материаловедческие исследования.
ЦКП НИКС ПИЯФ НИЦ КИ имеет уникальную для России приборную базу нейтронных установок на реакторе ВВР-М и экспериментальные возможности проведения исследований конденсированных сред различными методами нейтронного рассеяния. Все нейтронные установки ЦКП НИКС созданы его сотрудниками на основании многолетнего опыта работы с рассеянием нейтронов.

Подробнее...

 

SAPNS "Vector",    канал №4

 

Ответственный: 
к. ф.-м. н.,  зав.лаб.

Рунов Владимир Владимирович

runov@pnpi.spb.ru

+7 813 71 39354

н.с.

Копица Геннадий Петрович

 

техник

Голубев Геннадий Сергеевич

 

 

 

 

Область использования

 

               Дифрактометр малоуглового рассеяния поляризованных нейтронов, работает в щелевой геометрии. Установка предназначена для исследований спиновых корреляций и мезоскопических структур масштаба 40 ÷ 1000 Å,и спиновой динамики при малых переданных импульсах. Основные исследования ведутся в области физики магнитных критических явлений.  Значительная часть экспериментов на установке SAPNS "Vector"связана с изучением магнитных фазовых переходов. Интерес к ним возник сначала с целью проверки гипотезы подобия, но по мере развития метода поляризованных нейтронов критическое рассеяние стало объектом исследования физики магнетизма классических 3-dферромагнетиков (Ni, Fe), аморфных и кристаллических сплавов, спиновых стекол и др.

 

Установка входит в перечень уникальных установок России.

 

Описание

               Пучок формируется зеркальным фильтром в канале реактора в виде сборки пластин монокристалла Si с нанесенным покрытием 58Ni. Отфильтрованный пучок тепловых нейтронов поляризуется  отражением от малогабаритной сборки пластин Si с Fe/Al суперзеркальным покрытием. Поляризованный пучок нейтронов монохроматизуется магнитным монохроматором, работа которого основана на явлении  пространственного спинового  резонанса в постоянных во времени магнитных полях. Монохроматор позволяет  плавно изменять длину волны нейтронов от 7 до 12 Å и изменять ширину спектральной линии от 10 до 25%. Установка работает в щелевой геометрии в диапазоне векторов рассеяния 3∙10-3  < q < 3∙10-1 Å-1 (q = k -k', где k,k' – волновые векторы падающих и рассеянных нейтронов). В настоящее время она оборудована двухкоординатным (2D) позиционно-чувствительным 3He детектором с окном 300х300 мм2 с пространственным разрешением по каждой координате 1,5 мм. Непосредственно  перед детектором установлен малогабаритный суперзеркальный анализатор  поляризации с эффективностью 92%.

Рисунок 8. Малоугловой дифрактометр поляризованных нейтронов

1 коллиматор, 2 зеркальный фильтр, 3 магнитный монохроматор,  4 поляризатор, 5 адиабатический флиппер, 6 – резонансный флиппер, 7 анализатор, 8, 9 адиабатические флипперы, 10 узел образца, 11 анализатор, 12 2-х координатный детектор (ПЧД).

 

Особенности

               Анализатор с размерами 10x40x45 мм3 (ширина, высота и длина по оси пучка) выполнен в виде стопки реманентных Fe-Co суперзеркал. Он может быть программно установлен в любое место перед детектором или выведен из нейтронного пучка.              Частотные характеристики ПЧД позволяют анализировать как рассеянный, так и прямой пучок, т.е. работать без “beamstop”, в случае, если нет необходимости проводить анализ поляризации. Если такой анализ необходим, то анализатор устанавливается на прямой пучок как “beamstop”, практически не уменьшая диапазона рассеянных нейтронов со стороны отражения нейтронов анализатором.

Сохранена и старая схема установки с двадцатью 3He детекторами и анализом поляризации в каждом канале.


Таблица 7. Параметры прибора

Характеристика

Значение

Диапазон длин волн

λ= 7÷12 Å  Δλ/λ = 10÷25%

Диапазон векторов рассеяния

3 ·10-3 < q < 3 ·10-1 Å-1

Плотность потока нейтронов 

1,7·104 н·см-2·с-1 Δλ/λ = 25%

Поляризация падающих на образец нейтронов Р0

> 95%

 

Таблица 8. Параметры детектора

Установка оснащена двухмерным позиционно-чувствительным детектором (ПЧД).

Характеристика

Значение

Размер входного окна

300х300 мм2

Газовая смесь 3Не/CF4

2/2 атм

Эффективность регистрации

72% (9Å)

Пространственное разрешение X ;Y

1.5 мм по X и Y

Дифференциальная нелинейность

£ 10%

Уровень собственных шумов

0,2 соб.с-1

Просчёты электроники, Lген=105 Гц

10%

Герметичность камеры Dr/r

<3 % /год

               Модернизация установки позволяет проводить SANS измерения с поляризованными нейтронами на современном уровне по импульсному разрешению.              В частности, позволяет исследовать слабые ферромагнитные корреляции в немагнитных матрицах, обусловленные примесями и вакансиями и магнитно-ядерные контрастирующие области в магнитных материалах методом магнитно-ядерной интерференции в малоугловом рассеянии поляризованных нейтронов с анализом поляризации в прошедшем нейтронном пучке. В качестве примера, ниже показаны данные по измерению магнитно-ядерной интерференции в CuZn сплаве с 1%  Ni (см. Письма в ЖЭТФ 95(9), 530,2012).

Рисунок 9. Зависимости магнитно-ядерной интерференции D(q) = Iup(q)Idown(q) от переданного волнового вектора в образцах CuZn(20) с примесью Ni (1ат.%) в поле H  0,5 T при различной термообработке образцов, что соответствует разной деполяризации D нейтронов в образцах [1].

 

Дополнительное оборудование

Электромагниты:   до 1Т при зазоре ~1 см.

Криорефрижератор  RNK 10-300 обеспечивающий Тmin³ 35К.

Перспективы развития

Монтируется криорефрижератор RDK-415 D2 (Sumitomo) с Тmin =4К.

Предполагается увеличить магнитное поле до 2Т с зазором ~3 см.

Публикации

1. В. В. Рунов, Д. С. Ильин, М. К. Рунова, А. К. Раджабов, Изучение ферромагнитных корреляций,  обусловленных примесями в немагнитных  материалах, методом  малоугового рассеяния  поляризованных нейтронов,  Письма в ЖЭТФ 95(9), 530 (2012).

2. В. В. Рунов, В. Н. Скоробогатых,  М. К. Рунова,  В. В. Сумин, Изучение методом рассеяния поляризованных нейтронов мезоструктуры фазовых образований в стали Р91 после термообработки, ФТТ 56(1) 2014, 68.