Кристалл-монохроматор тепловых нейтронов

Сова Советских Социалистических Республик(45) Дата опубли яв сударстееплык кемитет СССРМ, Л. Кожух, И. Н. Белокурова, С, Б, ВахрВ, С, Земсков и В, А, ТруновОрдена Ленина физико-технический инстиим, А, ф, Иоффе АН СССР ушев(54) КРИСТАЛЛ-МОНОХРОМА ТЕПЛОВЫХ НЕЙТРОНОВ ристаллна оснолической мированототипа ьзуемых льтирую+ 20),Предлагаемое изобретение относится к области нейтронной физики и может быть использовано для монохроматизации тепловых нейтронов в нейтроннофизических исследованиях.Широко известны в нейтронной физике монохроматоры тепловых нейтронов на основе кристаллов меди свинца. Такие монохроматоры обладают отражениями высших порядков, Кроме того, даже лучшие из них имеют низкий коэффициент отражения тепловых нейтронов. Известно также использование пиролитичестсого прафита в качестве монохроматора тепловых нейтронов. При более высоком коэффициенте отражения в максимуме кривой каочания ( - 70% при Х = 1,8 А) он обладает существенным недостатком, так как кристаллы пир олитического графита несовершенны по структуре и имеют мозаичность 1,0- - 1,2. В качестве прототипа взят к монохроматор тепловых нейтронов ве германия с нарушенной кристал решеткой, т. е. пластически дефор ного германия. Недостатком и является то, что при обычно испол мозаичностях кристаллов (резу щая полуширина кривой качания коэффициент в пике кривой качания имеет малую величину - 30 оо (это определяет и низкий интегральный коэффициент отражения).б Наличие структуры, состоящей из слабор азор иентированных блоков с изменяющейся постоянной решетки по толщине кристалла, приводит к увеличению угловой полуширины кривой качания и снижению 10 эффекта вторичной экстинкции, что в своюочередь приводит к увеличению пиковой, а следовательно, и интет;ральной отражательной способности кристалла.Цель изобретения - повышение интегрального коэффициента отражения тепловых нейтронов от кристалл-монохрома- тора за счет увеличения пикового коэффициента отражения при сохранении полу- ширины кривой качания в пределах 10 - 20 угловых мин.Поставленная цель достигается тем, чтокристалл-монохроматор на основе германия выполнен со средним градиентом концентрации кремния 3,0 - 9,5 ат. соlсм с 25 концентрацией кремния на одной из отражающих поверхностей 2,5 - 8,0 ат, %.Известно, что германий и кремний образуют непрерывный ряд твердых растворов, имеют одинаковую структуру кристалличе- ЗО ской решетки - структуру алмаза, постоянные решетки, незначительно отличаютсяодруг от друга ( - 5,65 А для германия ио- 5,45 А для кремния), что позволяет регулировать структурное совершество твердого раствора бе - 81 изменением концентрации кремния и его распределения по кристаллу. Однако заметны изменения в структуре кристаллов твердого раствора бе - Ь, т. е. возникновение блоков мозаики, появляется лишь при минимальной концентрации кремния на одной из отражающих поверхностей 2,5 ат. %, Существование градиента концентрации кремния по толщине кристалла приводит к увеличению напряжения в решетке германия и изменению постоянной кристаллической решетки вдоль направления градиента концентрации кремния.При концентрации кремния на отражающей поверхности выше 8 ат. % неудалось вырастить монокристалл твердого раствора. Получающиеся поликристаллы . непригодны для использования в качестве кристаллов-монохром аторов тепловых нейтронов, так как дают раасеяние, характерное для дифракции тепловых,нейтронов,на поли- кристалле. Увеличение градиента концентрации кремния свыше 9,5 ат. %/см также приводит к тому, что,выращенный кристалл имеет сильно разориентированную поли- кристаллическую структуру и непригоден к использованию в качестве кристалла-монохроматора тепловых нейтронов. При градиенте же концентрации кремния меньше 3 ат. %/см кривая качания кристалловмонохроматоров имеет малую полуширину, и следовательно, низкий интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов даже на кристаллах с минимальным содержанием кремния на одной из отражающих поверхностей до 8 ат. %.На фиг. 1 приведены кривые качания для прототипа (а) и для заявляемого кристалла-монохроматора (б); на фиг. 2 - схема устройства, поясняющая его работу.Интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов на кривой .б больше, чем на кривой а за счет увеличения пико. вого коэффициента отражения тепловых нейтронов в 2 - 2,5 раза при сохранении используемой обычно полуширины кривой качания в диапазоне 10 - 18,Кристалл-монохроматор представляет собой монокристалл на основе германия со средним градиентом концентрации крем ния 3,0 - 9,5 ат, %/см и с концентрацией кремния на одной из отражающих поверх.ностей 2,5 - 8,0 ат. %,При попадании пучка тепловых нейтро.нов (фиг. 2) из активной зоны реактора 15 на кристалл-монохром атор 2 происходитдифракция нейтронной волны на кристаллемонохроматоре, в результате чего нейтроны,падающие под углом Брэгга ОБ, соответствующим уравнению:1 О2 Ыз 1 п О- = иХгде д - постоянная решетки кристалламонохроматора;1. - длина волны тепловых нейтронов; и - порядок отражения.Происходит монохроматизация белогопучка тепловых нейтронов, идущего из реактора. Полученный монохроматический 20 пучок тепловых нейтронов направляется наисследуемый объект 3. В зависимости от конкретной физической задачи могут изме.ряться параметры рассеяния тепловых ней.тронов на объекте 3 с помощью детектора 25 тепловых нейтронов 4.В выполненном нами кристалле-монохроматоре тепловых нейтронов на основе германия средний градиент концентрации кремния составляет 5 ат. %/см при кон. ЗО центрации кремния на отражающей поверхности 3 ат. %.Предлагаемый кристалл-монохроматортепловых нейтронов позволяет увеличить интегральный коэффициент отражения тепловых нейтронов по сравнению с прототипом почти в 3 раза (фиг. 1) при сохранении высокой монохроматичности дифраги.рованного пучка тепловых нейтронов при полуширине кривой качания 10 - 12 угло.4 О вых мин, Измерения были произведены надвукристальном спектрометре, в котором первый кристалл - идеально совершенный бе монохроматор, а второй - исследуемый,о45 Длина волны нейтронов,Х = 1,52 А.Формула изобретенияКристалл-монохроматор тепловых ней тронов на основе германия с нарушеннойкристаллической решеткой, о тл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения интегрального значения коэффициента отражения тепловых нейтронов, он выполнен со средним градиентом концентрации кремния 3,0 - 9,5 ат. %/см и с концентрацией кремния на одной изотражающих поверхностей 2,5 - 8,0 ат. %.,рьк, фил. пред. Патент Заказ 23/26НПО Поиск Изд,651 Тираж 497осударствеиного комитета СССР по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное и открытий