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...

 

MNSE, канал №11

 

Ответственный:  
д. ф.-м. н.  , вед. н.с.

Лебедев Василий Тимофеевич

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

+7 813 71 46396

 

д. т. н., с.н.с.

Лебедев Виктор Михайлович

 

к. ф.-м. н., н.с.

Кульвелис Юрий Викторович

 

 

 

 

Область использования

 

               Исследования низкочастотной динамики конденсированных сред: явления атомной и молекулярной диффузии, подвижности коллоидных частиц (феррожидкости), спектроскопия возбуждений релаксационного типа в полимерах: сегментальная диффузия, быстро затухающие вращения и колебания молекулярных групп в вязкой среде – растворы, расплавы, гели, конформационные превращения в полимерах и биомолекулах. Магнитная пико(нано)секундная динамика -  спиновая релаксация, суперпарамагнетизм.

 

Описание прибора

               Спектр нейтронов в канале реактора предварительно формируется отражением от зеркала (грубый монохроматор 1), затем проходит через поляризатор (2). Установленный за ним радиочастотный флиппер (3) периодически реверсирует направление вертикальной поляризации пучка. Тем самым задается сдвиг фаз, равный π, для вектора поляризации на выходе из первой области прецессии (4, магнит 1), ограниченной флипперами π/2, установленными в зазоре магнита 1. Флипперы  π/2 представляют собой намагниченные горизонтально фольги из сплава с прямоугольной петлей гистерезиса, которые способны работать в достаточно сильных полях без размагничивания (до 500 Э). В результате отражения нейтронов, испытавших прецессию вектора поляризации в поле магнита 1 (4), от поляризатора 2 (5) сплошной спектр пучка превращается в систему линий (см.рис.), период повторения которых уменьшается с увеличением числа оборотов вектора поляризации в поле прецессии. Таким образом, на образец (6) падает вертикально поляризованный пучок с линейчатым спектром, причем включение флиппера 1 (3) сдвигает периодическую систему линий на ½ периода. Процессы изменения спинового состояния нейтронов при рассеянии в образце отдельно анализируются блоками векторного анализа (6) при переключении флиппера 2 (7) после образца. Последующее отражение от анализатора 1 (8) полностью поляризует пучок, который снова испытывает прецессию вектора поляризации  между  флипперами π/2 в зазоре магнита 2 (9). Изменения скорости нейтронов при рассеянии в образце фиксируются при анализе поляризации после прецессии (9, анализатор 2) и регистрации рассеянных нейтронов 20-канальным детектором, соединенным с анализатором (10).

Рисунок 14. Установка малоуглового рассеяния нейтронов

1 – монохроматор, 2 – поляризатор 1, 3 – радиочастотный флиппер 1; 4 – магнит прецессии 1; 5 – поляризатор 2; 6 – узел образца (внутри - блоки векторного анализа поляризации); 7 – радиочастотный флиппер 2; 8 – анализатор 1; 9 – магнит прецессии 2;  10 – анализатор 2 в сборке с детектором.

               Традиционно с помощью спин-эхо определяют косинус-Фурье-образ частотной функции образца Seven(t,q)~òS(w,q)cos(wt)dt, что характеризует явления, в которых функцию S(w,q), зависящую от частоты w и переданного импульса q, можно считать четной по частоте. Функция рассеяния реальных объектов S(w,q)= Sodd(w,q)+Seven(w,q) включает четную и нечетную части, Seven=[S(w,q)+S(-w,q)]/2, Sodd=[S(w,q)-S(-w,q)]/2, что особенно важно для наноразмерных объектов (полимеры, магнитные жидкости), в которых нечетные эффекты сопоставимы с четными, как и вообще в динамике объектов с демпфированными низкочастотными модами. Метод анализа нечетной компоненты функции рассеяния Sodd(q,t) ~ òS(w,q)sin(wt)dw позволяет измерять спектры мягких сильно затухающих возбуждений, которые сложно отличить от диффузионных мод, доминирующих в жидких и полимерных средах [Лебедев В.Т. Способ исследования структурно-динамических свойств вещества. Бюллетень изобретений  27.06.2008.  № 18.  RU 2327975 С1. Патент].

Рисунок 15. Иллюстрация модуляции спектра нейтронного пучка в спектрометре: база L = 11 мм, число оборотов N=11, H = 260 Э, <l> = 0.52 нм.


Таблица 13. Параметры прибора

Параметр

Значение

Рабочая длина волны

<l> = 0,73 нм,  Dl/<l> = 0.2

Поляризация нейтронов

P0 = 0,98

Поток на образце, 60´6 мм2

FS ~ 5×102  н/см2×с

Диапазон углов рассеяния

- 3 £q£ 30 о

Область углов детектора

6 о

Диапазон импульсов

q = 0,02 - 5 нм-1

Разрешение по импульсу (гориз., верт.)

DqX = 0,02 нм-1, DqY = 0,1 нм-1.

Переданные энергии, разрешение

 E =10-3 -10-8  эВ, DE = 10-8  эВ

 

Таблица 14. Параметры детектора

Параметр

Значение

Тип счетчика,

диаметр [мм],

эффективность, % ,

размер окна [мм2]

СНМ-50

12

80

10x80

Число каналов

20

Сборка в линию с периодом [мм]

14


 

Особенности

Прибор на оригинальном принципе модуляции спектра по длинам волн фазой прецессии спина нейтрона в магнитном поле. Благодаря этому в измерениях не смешиваются процессы изменения скорости нейтрона (неупругое рассеяние) и его спинового состояния при взаимодействии с магнитными частицами (магнитное рассеяние).

Тем самым инструментально решена проблема одновременного анализа динамики магнетиков с высоким энергетическим разрешением (диапазон микро(нано)эВ) и поляризационных эффектов при магнитном рассеянии. При этом на образце можно задавать направление поляризации в падающем пучке, проводить полный анализ поляризации рассеянных нейтронов (3D-анализ + спин-эхо).

Прибор является прототипом спин-эхо спектрометра для реактора ПИК, т.е. физической моделью (1:2) полномаштабного прибора для размещения в нейтроноводном зале высокопоточного  реактора. Спектрометр тестирован в экспериментах по квазиупругому рассеянию нейтронов на магнитных неоднородностях в высокотемпературных сверхпроводниках второго рода типа YBaCu. Обнаружена быстрая динамика вихревых неоднородностей поля, локальные движения со скоростями ~ 102-103 м/с.[1].

Перспективы развития

               Требуется светосильный пучок для постановки экспериментов по квазиупругому рассеянию нейтронов. Возможности 11-го канала допускают в основном методические работы.

Публикации

1. LebedevV.T., TorokGy., CserL., SibilevA.I.  Dynamics of magnetic flux inhomogeneities in Y-Ba-Cu-O-ceramics. // Physica B 297 (2001) p.55-59.

2. Torok Gy., Lebedev V.T., Gordeev G.P. Compact NSE concept and realization.  in Lecture Notes in Physics V.601, Neutron Spin Echo Spectroscpy, Ed. F.Mezei,  Springer- Verlag, Berlin-Heidelberg-New York,  2003, pp. 56-64.

3. Lebedev V.T., Gordeev G.P., Torok Gy. Modified NSE with spectrum modulation at PNPI: specific features and applications. in Lecture Notes in Physics V.601, Neutron Spin Echo Spectroscpy, Ed. F.Mezei, Springer- Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 2003, P. 65-73.

4. Lebedev V.T., Torok Gy., Lepekhin A.V., Neutron Spin-Echo on Focused and Divergent Beams, Preprint of PNPI-2622, Gatchina (2005), 13 p.

5. Лебедев В.Т. Способ исследования структурно-динамических свойств вещества. Бюллетень изобретений  27.06.2008.  № 18.  RU 2327975 С1. Патент.

6. Лебедев В.Т. Принципы обобщенной спин-эхо спектроскопии. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2009. № 6. С. 14-21.