在许多中子实验中,必须精确地了解中子的能量或波长。中子的速度与其能量和波长通过以下关系有关:

λ= h/mnv

E =½m2v2

其中λ是波长,mn是中子质量,v是中子速度,而H是普通的。无法直接检测到中子波长(因此波长和速度),但是找到它的简单有效方法是通过飞行时间(TOF)分析,类似于记录马拉松比赛中的跑步者的结果。如果我们知道何时发出中子(或通过斩波器)在特定的位置并测量其行进一定距离L所需的时间t,我们可以根据以下关系计算其波长(λ)(λ)(从而速度和能量):

t =αλl

其中α= mn/h≈252.7μs/m/Å,是一个常数。也像跑步者一样,如果我们想确保能够通过谁是谁需要长期跑步的赛道来将它们分开。考虑一下;如果轨道只有5米长,很难以他们的跑步速度分开一百人。出于相同的原因,需要高精度的能量或波长的仪器可以放置在距主持人100 m以上的范围内。

一些中子仪器将利用飞行时间分析在样品之前滤除特定波长(范围)的中子。这些类型的仪器称为直接几何仪器,在此模拟中我们的衍射工具就是一个示例。其他仪器将在样品后滤除特定的波长,并称为间接几何仪器。我们的背底实验是在这样的仪器上进行的。

左边是一个图表的飞行时间neutrons on the x-axis and length through instrument on the y-axis. As the length of the instrument increases, more examples of choppers are applied to the neutron beam to separate the neutrons with the wanted velocity from the ones with unwanted velocities. The first chopper applied to the neutron beam is the pulse shaping chopper, which in this case separates the neutron beam into three beams. The next chopper that is applied to the beams is a band width chopper and the last one is a frame overlap chopper. After traveling through the choppers, the neutron beam goes through a target sample and hits a neutron detector. It is also illustrated on the graph, that the neutron beams that hit the detector at the end, are only the neutrons with the exact velocities that were wanted, and that every other neutron that got separated from the beam, had an unwanted velocity. To the right is a simulated ToF diffraction map as a function of wavelength calculated by arrival time of the neutron for each scattering angle.

图1。一个;飞行图的时间。b;模拟的TOF衍射图作为每个散射角的中子到达时间计算的波长的函数。

通过巧妙设计的斩波器波长选择系统和中子探测器的巧妙设计,可以准确记录中子的到来的时间,可以获得更多或更快的信息信息。例如,在游戏中的衍射实验中,我们仅考虑与单个传入中子波长的衍射模式,但原则上,我们可以在光束中具有几个波长,并为每个波长获得一个衍射模式每种图案都到达探测器。我们从中获得的是一个散射图,既是样品中中子的距离的函数,也是中子波长的函数。正如您在图1上看到的那样,这样的地图相当复杂,但是如果我们以Q空间显示数据,那么我们会得到一系列平坦线,我们可以在其中总结每个的强度以获得相似的强度衍射模式好像我们使用了单个波长一样。

那么,这是什么优势?简而言之:较高的中子通量。如果我们仅为实验选择一个波长,那么我们就会丢弃所有其他中子。中子散射的一个常见问题是,与X射线实验相比,通量相当低,并且记录样品中的中子散射数据可能需要数分钟,小时甚至几天。如果我们想记录样本中的结构变化,这是不好的,但是如果我们可以利用可供使用的大多数中子,我们可以更快地记录数据并测量更快的变化。

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