Введение к работе
Актуальность проблемы. Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН) несет в себе информацию о структуре вещества на масштабах порядка 1-1000 нм. Такой диапазон измерительных масштабов делает нейтронное рассеяние востребованным методом исследования наноструктур и наноматериалов, определения структурных особенностей биологических молекул, изучения магнитных доменов и др. В настоящее время в мире работают несколько десятков установок МУРН [1].
Применение эффекта спинового эхо для регистрации малоуглового рассеяния нейтронов (СЭМУРН) расширяет возможности традиционных методов малоуглового и ультра-малоуглового рассеяния. Высокая светосила нейтронного спин-эхо позволяет значительно повысить эффективность решения множества исследовательских задач [2].
Техника спин эхо эксперимента находится в стадии активного развития [3]. Первая установка СЭМУРН построена в 1998 году [4], и к настоящему моменту в мире работают четыре установки, три из которых расположены на реакторе технического университета г. Дельфта (Нидерланды); одна на импульсном источнике нейтронов института ISIS (Великобритания). Создание спин- эхо установки в ПИЯФ является особенно актуальной задачей в связи с вводом в эксплуатацию реактора ПИК [5]. Установка входит в проект приборной базы реактора.
В цели настоящей работы входят создание экспериментальной установки СЭМУРН на базе реактора ВВР-М в ПИЯФ; исследования крупномасштабных магнитных структур методом спинового эхо; развитие представлений о задачах и исследовательских возможностях метода спинового эхо, поиск путей улучшения характеристик спин-эхо установок; изучение потенциала многоволнового спинового эхо в исследованиях вещества.
Положения, выносимые на защиту:
1) На реакторе ВВР-М ПИЯФ создана экспериментальная установка СЭМУРН с диапазоном измерительных масштабов 30-300 нм. Первые
4 измерения опалоподобных кристаллов SiC>2 демонстрируют высокий потенциал установки.
В экспериментах по магнитному рассеянию никелевыми пленками на медной подложке впервые продемонстрированы возможности метода нейтронного спинового эхо в исследованиях магнитных структур.
В экспериментах по спиновому эхо с двукратным расщеплением нейтронной волны в одном из плеч установки обнаружена квантовая суперпозиция всех четырех волновых состояний, что означает принципиальную возможность реализации четырехволнового спинового эхо.
4) В результате дисперсионного анализа характеристик действующих
установок СЭМУРН выявлено, что неоднородности магнитных полей
прецессии ведут к снижению эффективности на один-два порядка,
относительно потенциально возможных значений.
Сравнением дисперсий модельных спектров спин-эхо установки и стандартной установки МУРН найдена аналитическая зависимость временного выигрыша спин-эхо измерений по сравнению с измерениями на стандартном спектрометре в зависимости от параметров спин-эхо установки и образца.
Исследованиями конфигурации спин- эхо установки, распределений магнитных полей; особенностей метода; функциональных зависимостей спин-эхо сигнала предложены новые направления развития методики и техники СЭМУРН.
Научно-практическая значимость. В результате проделанной работы на реакторе ВВР-М в ПИЯФ создана экспериментальная установка СЭМУРН. Показано, что в измерениях на действующих приборах СЭМУРН существуют значительные потери эффективности, обусловленные техническим несовершенством установок. Предложенное в диссертации развитие методики и техники спинового эхо позволяет значительно повысить эффективность исследований МУРН. Полномасштабная реализация
5 методики СЭМУРН поможет расширить границы применения и обеспечит ряд преимуществ перед альтернативными методами исследований.
Полученные результаты будут востребованы при проектировании, строительстве и эксплуатации установки СЭМУРН для реактора ПИК.
Апробация работы. Научные и методические результаты работы были представлены на следующих конференциях: 3rd European Conference on Neutron Scattering, (ECNS 2003, Montpellier, France); Совещание no применению рентгеновских лучей для исследования материалов (РСНЭ'2003, Москва); Central European Training School on Neutron Scattering (CETSNS 2005, Budapest, Hungary); Spin Echo Workshop (NSE2005, Institut Laue Langevin, Grenoble, France); XXI Совещание по использованию рассеяния нейтронов в исследованиях конденсированного состояния (РНИКС-2010, Москва).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения, списка литературы и двух приложений (страниц-115, рисунков- 55).
