JPH04232900A - 改良された中性子反射スーパーミラー構造物 - Google Patents
改良された中性子反射スーパーミラー構造物Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、中性子炉心など
の中性子発生源から中性子を集め、前記中性子を、中で
も試験及び研究施設で使用するのに遠隔地へ導く為に改
造された中性子反射／散乱装置の分野に関する。本発明
は、特にニッケルなどの標準中性子反射装置の臨界角の
少なくとも２倍の入射角に於いて９７％以上の平均中性
子反射率であることを特徴とする、改良された中性子反
射多層スーパーミラー構造物（ｎｅｕｔｒｏｎ ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ ｓｕｐｅ
ｒｍｉｒｒｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の分野に関す
る。
の中性子発生源から中性子を集め、前記中性子を、中で
も試験及び研究施設で使用するのに遠隔地へ導く為に改
造された中性子反射／散乱装置の分野に関する。本発明
は、特にニッケルなどの標準中性子反射装置の臨界角の
少なくとも２倍の入射角に於いて９７％以上の平均中性
子反射率であることを特徴とする、改良された中性子反
射多層スーパーミラー構造物（ｎｅｕｔｒｏｎ ｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｎｇ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｅｄ ｓｕｐｅ
ｒｍｉｒｒｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）の分野に関す
る。
【０００２】
【発明の背景】中性子散乱実験法は、１９５０年代初期
から米国及び世界中で実施されてきた。中性子研究に於
いて重要な進歩はあったものの、研究及び分析設備の発
達及び構築に数億ドルも消費する結果となった。中性子
研究は、元素分析、原子配列の決定、原子磁気モーメン
トの大きさ及び方向、並びに構造欠陥の巨視体（ｍａｃ
ｒｏｓｃｏｐｉｃ ｂｏｄｉｅｓ）の実験などの用途に
非常に有効であることが知見された。実際、中性子実験
／分析法は、他の分光または回折技術によっては得難い
重要な分析の唯一の情報源でもある。中性子研究は、多
くの『次世代』製品及び用途に使用するための高等な合
成材料の発展にも重要である。中性子反射の基本原理は
、Ｇ．Ｐ．Ｆｅｌｃｈｅｒによる文献“Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ ｏｆ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
”，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ ９８３，Ｔｈｉｎ−ＦｉｌｍＮ
ｅｕｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９
８８）に報告されている。
から米国及び世界中で実施されてきた。中性子研究に於
いて重要な進歩はあったものの、研究及び分析設備の発
達及び構築に数億ドルも消費する結果となった。中性子
研究は、元素分析、原子配列の決定、原子磁気モーメン
トの大きさ及び方向、並びに構造欠陥の巨視体（ｍａｃ
ｒｏｓｃｏｐｉｃ ｂｏｄｉｅｓ）の実験などの用途に
非常に有効であることが知見された。実際、中性子実験
／分析法は、他の分光または回折技術によっては得難い
重要な分析の唯一の情報源でもある。中性子研究は、多
くの『次世代』製品及び用途に使用するための高等な合
成材料の発展にも重要である。中性子反射の基本原理は
、Ｇ．Ｐ．Ｆｅｌｃｈｅｒによる文献“Ｐｒｉｎｃｉｐ
ｌｅｓ ｏｆ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ
”，ＳＰＩＥ Ｖｏｌ ９８３，Ｔｈｉｎ−ＦｉｌｍＮ
ｅｕｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９
８８）に報告されている。
【０００３】幾つかの研究所（多くの合衆国国立研究所
を含む）に於いて、中性子反射導管を介して遠隔地の実
験ステーションに中性子をチャネリングすることによっ
て中性子実験法の質と量とを高めようと試みられてきた
。この試みの長所は、欧州及び日本の研究設備によって
示されてきた。従来、中性子（特に、最も効用のある中
性子で約０．４ｎｍ以上の波長によって特徴付けられる
もの、『冷たい中性子（ｃｏｌｄ ｎｅｕｔｒｏｎｓ
）』としても知られる）を集めて転送する唯一の方法と
は、その中に配置された厚さ１００ｎｍのニッケルめっ
きしたガラス板の導管を使用することであった。現在ま
で、ニッケルはどんな単一元素よりも大きい最大反射角
をも有するという点で、中性子導管に使用するのに好ま
しい反射元素であった。実際ニッケルの最大反射角は、
０．４ｎｍ（即ち、約０．４°θ）の中性子の波長の臨
界反射角にほぼ等しい。この臨界角はこの角度が導管の
角度受容性を定義するため重要であり、且つ導管からの
中性子束（ｆｌｕｘ）が一般に『カウント／分』（１０
００カウント／秒以上のｘ線束に対して）で測定される
ため、導管受容性が大きいのが非常に望ましい。
を含む）に於いて、中性子反射導管を介して遠隔地の実
験ステーションに中性子をチャネリングすることによっ
て中性子実験法の質と量とを高めようと試みられてきた
。この試みの長所は、欧州及び日本の研究設備によって
示されてきた。従来、中性子（特に、最も効用のある中
性子で約０．４ｎｍ以上の波長によって特徴付けられる
もの、『冷たい中性子（ｃｏｌｄ ｎｅｕｔｒｏｎｓ
）』としても知られる）を集めて転送する唯一の方法と
は、その中に配置された厚さ１００ｎｍのニッケルめっ
きしたガラス板の導管を使用することであった。現在ま
で、ニッケルはどんな単一元素よりも大きい最大反射角
をも有するという点で、中性子導管に使用するのに好ま
しい反射元素であった。実際ニッケルの最大反射角は、
０．４ｎｍ（即ち、約０．４°θ）の中性子の波長の臨
界反射角にほぼ等しい。この臨界角はこの角度が導管の
角度受容性を定義するため重要であり、且つ導管からの
中性子束（ｆｌｕｘ）が一般に『カウント／分』（１０
００カウント／秒以上のｘ線束に対して）で測定される
ため、導管受容性が大きいのが非常に望ましい。
【０００４】近年、中性子受容性と純粋なＮｉフィルム
の受容性以上の出力とを高めるために、多層中性子反射
スーパーミラーの分野が非常に注目されてきた。これら
のスーパーミラーは、Ｎｉの遮断角特性のすぐ上の領域
から幾らか受容性の高い角度まで発生するようにブラッ
グの回折ピークに重なるべく設計された二重膜の厚さの
分布を有する、通常チタンとニッケルとの層フィルムの
形態をとる。スーパーミラーの反射率は、反射角が広が
るときには高いままであり、それ以外の場合には導管に
沿った各反射からの累積減少によって、中性子束が許容
不可能なほど損失してしまうことも重要である。現在ま
でチタン及びニッケルは、その特徴のある効果的な中性
子散乱の故に、非偏光性スーパーミラーに好ましいもの
として選択されてきた。
の受容性以上の出力とを高めるために、多層中性子反射
スーパーミラーの分野が非常に注目されてきた。これら
のスーパーミラーは、Ｎｉの遮断角特性のすぐ上の領域
から幾らか受容性の高い角度まで発生するようにブラッ
グの回折ピークに重なるべく設計された二重膜の厚さの
分布を有する、通常チタンとニッケルとの層フィルムの
形態をとる。スーパーミラーの反射率は、反射角が広が
るときには高いままであり、それ以外の場合には導管に
沿った各反射からの累積減少によって、中性子束が許容
不可能なほど損失してしまうことも重要である。現在ま
でチタン及びニッケルは、その特徴のある効果的な中性
子散乱の故に、非偏光性スーパーミラーに好ましいもの
として選択されてきた。
【０００５】実験的なＮｉ−Ｔｉスーパーミラー導管は
、Ｅｂｉｓａｗａら、“Ｎｉｃｋｅｌ Ｍｉｒｒｏｒ
ａｎｄ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｏｒ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｇｕ
ｉｄｅｓ ａｔ ｔｈｅ Ｋｙｏｔｏ Ｕｎｉｖｅｒｓ
ｉｔｙ Ｒｅｓｅａｃｈ Ｒｅａｃｔｏｒ”，ＳＰＩＥ
Ｐｒｏｃ．，ｖ．９８３，ｐｐ ５４〜５８（１９８
８）及び、Ｓｃｈｏｕｐｆら、“Ｒｅａｃｅｎｔ Ａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒ Ｐ
ｏｌａｒｉｚｅｒｓ”，ＡＩＰ Ｐｒｏｃ．，Ｎｏ．８
９，ｐｐ １８２〜１８９（１９８２）に示されたよう
に、日本と欧州に於いては使用が制限されている。他の
進展研究については、Ｒｏｓｓｂａｃｈらによる“Ｔｈ
ｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｍｉ
ｒｒｏｒ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ ｔｏ Ｅｎ
ｈａｎｃｅ Ｃｏｌｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｆｌｕｅｎｃ
ｅ Ｒａｔｅｓ”，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ ３５ （１９８８）１８１
〜１９０という標題の出版物に報告されている。Ｒｏｓ
ｓｂａｃｈらは、測定粗度１８．５オングストロームの
特定のガラス基板上に慎重に蒸着させたＴｉ−Ｎｉスー
パーミラー構造物の改良中性子反射特性について報告し
ている。これらのスーパーミラー構造物は、標準導管よ
りも低い反射率（即ち、反射率がほぼ６５％）が要求さ
れるような中性子反射用途に使用されてきた。Ｒｏｓｓ
ｂａｃｈらは、結晶成長由来の層の不完全性が最適反射
率以下となる主要な理由であると示している。
、Ｅｂｉｓａｗａら、“Ｎｉｃｋｅｌ Ｍｉｒｒｏｒ
ａｎｄ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｏｒ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｇｕ
ｉｄｅｓ ａｔ ｔｈｅ Ｋｙｏｔｏ Ｕｎｉｖｅｒｓ
ｉｔｙ Ｒｅｓｅａｃｈ Ｒｅａｃｔｏｒ”，ＳＰＩＥ
Ｐｒｏｃ．，ｖ．９８３，ｐｐ ５４〜５８（１９８
８）及び、Ｓｃｈｏｕｐｆら、“Ｒｅａｃｅｎｔ Ａｄ
ｖａｎｃｅｓ ｗｉｔｈ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒ Ｐ
ｏｌａｒｉｚｅｒｓ”，ＡＩＰ Ｐｒｏｃ．，Ｎｏ．８
９，ｐｐ １８２〜１８９（１９８２）に示されたよう
に、日本と欧州に於いては使用が制限されている。他の
進展研究については、Ｒｏｓｓｂａｃｈらによる“Ｔｈ
ｅ Ｕｓｅ ｏｆ Ｆｏｃｕｓｉｎｇ Ｓｕｐｅｒｍｉ
ｒｒｏｒ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｇｕｉｄｅｓ ｔｏ Ｅｎ
ｈａｎｃｅ Ｃｏｌｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｆｌｕｅｎｃ
ｅ Ｒａｔｅｓ”，Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅ
ｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂ ３５ （１９８８）１８１
〜１９０という標題の出版物に報告されている。Ｒｏｓ
ｓｂａｃｈらは、測定粗度１８．５オングストロームの
特定のガラス基板上に慎重に蒸着させたＴｉ−Ｎｉスー
パーミラー構造物の改良中性子反射特性について報告し
ている。これらのスーパーミラー構造物は、標準導管よ
りも低い反射率（即ち、反射率がほぼ６５％）が要求さ
れるような中性子反射用途に使用されてきた。Ｒｏｓｓ
ｂａｃｈらは、結晶成長由来の層の不完全性が最適反射
率以下となる主要な理由であると示している。
【０００６】Ｔｉ−Ｎｉスーパーミラーは、中性子反射
用途に於ける使用に効果があるとデータから証明されて
いたが、スーパーミラー業界に卓越した製造業者は、層
構造中に歪みを観察したと報告した。この歪みは、スー
パーミラーの反射率に於いて（しばしば重大な）損失を
与え、中性子実験の実質コストをかなり増大させてしま
う。層の歪みは、中でも層内の結晶成長、材料の相互反
応、層構造物のフィルム応力及び／または層界面に於け
るＴｉ及びＮｉの内部拡散を引き起こすと考えられてお
り、所望の高い反射率を達成するために必要とされる層
の高度な平面度が達成されるのを妨害してしまう。実際
本発明者らは、層の平面度の欠失は、反射率の減少の主
要な原因であることを知見した。
用途に於ける使用に効果があるとデータから証明されて
いたが、スーパーミラー業界に卓越した製造業者は、層
構造中に歪みを観察したと報告した。この歪みは、スー
パーミラーの反射率に於いて（しばしば重大な）損失を
与え、中性子実験の実質コストをかなり増大させてしま
う。層の歪みは、中でも層内の結晶成長、材料の相互反
応、層構造物のフィルム応力及び／または層界面に於け
るＴｉ及びＮｉの内部拡散を引き起こすと考えられてお
り、所望の高い反射率を達成するために必要とされる層
の高度な平面度が達成されるのを妨害してしまう。実際
本発明者らは、層の平面度の欠失は、反射率の減少の主
要な原因であることを知見した。
【０００７】ニッケル単独の臨界角の３倍以上の中性子
反射率を達成するために、スーパーミラー性能を促進す
る試みが多くの出版物に報告されてきた。以下に記載さ
れた新規なスーパーミラー構造物の発明より以前には、
実際の中性子導管の用途に必要な性能レベルに達したス
ーパーミラーは得られなかった。低性能のスーパーミラ
ーしか得られなったことに付いては多くの理由がある。 例えば、Ｋｅｅｍら、“Ｎｅｕｔｒｏｎ，Ｘ−Ｒａｙ
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＴＥＭ Ｓｔｕｄｉｅ
ｓ ｏｆ Ｎｉ−Ｔｉ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”，Ｓ
ＰＩＥ Ｖｏｌ．９８３ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｎｅｕ
ｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９８８
）では、Ｎｉ−Ｔｉ二重膜に於ける磁場（ｃｕｓｐ）形
成を、合格レベルでのスーパーミラー性能を妨げる主要
因子として同定している。
反射率を達成するために、スーパーミラー性能を促進す
る試みが多くの出版物に報告されてきた。以下に記載さ
れた新規なスーパーミラー構造物の発明より以前には、
実際の中性子導管の用途に必要な性能レベルに達したス
ーパーミラーは得られなかった。低性能のスーパーミラ
ーしか得られなったことに付いては多くの理由がある。 例えば、Ｋｅｅｍら、“Ｎｅｕｔｒｏｎ，Ｘ−Ｒａｙ
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ＴＥＭ Ｓｔｕｄｉｅ
ｓ ｏｆ Ｎｉ−Ｔｉ Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｓ”，Ｓ
ＰＩＥ Ｖｏｌ．９８３ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｎｅｕ
ｔｒｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ（１９８８
）では、Ｎｉ−Ｔｉ二重膜に於ける磁場（ｃｕｓｐ）形
成を、合格レベルでのスーパーミラー性能を妨げる主要
因子として同定している。
【０００８】しかしながら、偏光性スーパーミラー（即
ち、中性子スピンの一偏光をより効率的に反射するスー
パーミラー）の開発及び製造に於ける進展が報告された
。Ｍｏｏｋ及びＨａｙｔｅｒは、“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ ｔｏ Ｐｒｏ
ｄｕｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｎｅ
ｕｔｒｏｎ Ｂｅａｍｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．５３（８），２２ Ａｕｇｕｓｔ １９８８，ｐ
．６４８に於いて、偏光性反射中性子の結晶性シリコン
層を使用する高効率的な偏光性中性子ミラーについて報
告している。しかしながら、偏光性中性子ミラー分野に
於ける進歩改良は、非偏光性スーパーミラーの製造では
かろうじて適用し得る程度のものであった。
ち、中性子スピンの一偏光をより効率的に反射するスー
パーミラー）の開発及び製造に於ける進展が報告された
。Ｍｏｏｋ及びＨａｙｔｅｒは、“Ｔｒａｎｓｍｉｓｓ
ｉｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅ ｔｏ Ｐｒｏ
ｄｕｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｅ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｎｅ
ｕｔｒｏｎ Ｂｅａｍｓ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅ
ｔｔ．５３（８），２２ Ａｕｇｕｓｔ １９８８，ｐ
．６４８に於いて、偏光性反射中性子の結晶性シリコン
層を使用する高効率的な偏光性中性子ミラーについて報
告している。しかしながら、偏光性中性子ミラー分野に
於ける進歩改良は、非偏光性スーパーミラーの製造では
かろうじて適用し得る程度のものであった。
【０００９】従って、９７％以上の中性子反射率と、ニ
ッケルまたはＴｉ−Ｎｉ合金などの標準中性子反射装置
の臨界角の少なくとも２倍の臨界角とを特徴とする改良
中性子反射スーパーミラー構造物が求められている。無
論これらの改良スーパーミラー構造物は、例えば結晶成
長由来の層の平面度の欠失を含み、これに限定されない
が、多くの技術的な問題から生じた反射率に関する問題
を克服せねばならない。
ッケルまたはＴｉ−Ｎｉ合金などの標準中性子反射装置
の臨界角の少なくとも２倍の臨界角とを特徴とする改良
中性子反射スーパーミラー構造物が求められている。無
論これらの改良スーパーミラー構造物は、例えば結晶成
長由来の層の平面度の欠失を含み、これに限定されない
が、多くの技術的な問題から生じた反射率に関する問題
を克服せねばならない。
【００１０】
【発明の概要】本発明に於いて、高い中性子散乱材料及
び低い中性子散乱材料の二重膜の複数の積み重ねセット
を含んでなる改良中性子反射スーパーミラー構造物を開
示する。この高低中性子散乱材料は基板上に蒸着されて
おり、二重膜の各前記セットの各第１の層はチタンから
なり、二重膜の各前記セットの各第２の層はニッケルと
ミクロ構造促進元素とを含む合金からなっている。ミク
ロ構造促進元素は、高い中性子散乱ポテンシャルを有し
得、ニッケル層の結晶粒度を小さくすることによってミ
クロ構造を促進するようになっている。本発明の第１の
好ましい態様に於いては、ミクロ構造促進元素は炭素で
あり、ニッケル結晶粒度を改質するためにニッケル合金
層の格子間に配合されている。論理的な根拠はないが、
ミクロ構造促進元素はニッケル結晶粒度を小さくし、故
に層の応力を下げ且つ層の平面度を高めると考えられて
いる。ニッケル合金層に含まれる炭素の割合は、好まし
くは５〜５０％であり、より好ましくは１２〜３５％で
ある。本発明の第１の態様に於いては、ニッケル合金層
は公称組成Ｎｉ７２Ｃ２８であり、本発明の第２の態様
に於いては、ニッケル合金層は公称組成Ｎｉ８６Ｃ１４
である。しかしながら本発明は、公称組成Ｎｉ９５Ｃ５
〜Ｎｉ５０Ｃ５０のニッケル合金層を目的とする。
び低い中性子散乱材料の二重膜の複数の積み重ねセット
を含んでなる改良中性子反射スーパーミラー構造物を開
示する。この高低中性子散乱材料は基板上に蒸着されて
おり、二重膜の各前記セットの各第１の層はチタンから
なり、二重膜の各前記セットの各第２の層はニッケルと
ミクロ構造促進元素とを含む合金からなっている。ミク
ロ構造促進元素は、高い中性子散乱ポテンシャルを有し
得、ニッケル層の結晶粒度を小さくすることによってミ
クロ構造を促進するようになっている。本発明の第１の
好ましい態様に於いては、ミクロ構造促進元素は炭素で
あり、ニッケル結晶粒度を改質するためにニッケル合金
層の格子間に配合されている。論理的な根拠はないが、
ミクロ構造促進元素はニッケル結晶粒度を小さくし、故
に層の応力を下げ且つ層の平面度を高めると考えられて
いる。ニッケル合金層に含まれる炭素の割合は、好まし
くは５〜５０％であり、より好ましくは１２〜３５％で
ある。本発明の第１の態様に於いては、ニッケル合金層
は公称組成Ｎｉ７２Ｃ２８であり、本発明の第２の態様
に於いては、ニッケル合金層は公称組成Ｎｉ８６Ｃ１４
である。しかしながら本発明は、公称組成Ｎｉ９５Ｃ５
〜Ｎｉ５０Ｃ５０のニッケル合金層を目的とする。
【００１１】本発明書中に記載される改良された中性子
散乱スーパーミラー構造物は、一般にフロートガラス、
パイレックスガラス及びシリコンからなる群から選択さ
れる基板上に蒸着される。先に記載されたように、改良
された中性子反射スーパーミラー構造物は、複数の二重
膜の積み重ねセットを含んでなり、前記二重膜の数は積
み重ね二重膜の２〜１０００セットが好ましく、２０〜
５００セットが最も好ましい。二重膜の各セットの厚さ
は、層（単層または複数）が、その上に入射する中性子
の受容／反射特性を変化させるように改造され得ること
に注目されたい。実際、以下により詳細が議論されるよ
うに、二重膜の各セットの厚さは、反射率及び角度範囲
に於いて最適であるように連続法で配列される。二重膜
の各セットの層の厚さは約２〜４００ｎｍであり、８〜
４０ｎｍであるのが最も好ましい。
散乱スーパーミラー構造物は、一般にフロートガラス、
パイレックスガラス及びシリコンからなる群から選択さ
れる基板上に蒸着される。先に記載されたように、改良
された中性子反射スーパーミラー構造物は、複数の二重
膜の積み重ねセットを含んでなり、前記二重膜の数は積
み重ね二重膜の２〜１０００セットが好ましく、２０〜
５００セットが最も好ましい。二重膜の各セットの厚さ
は、層（単層または複数）が、その上に入射する中性子
の受容／反射特性を変化させるように改造され得ること
に注目されたい。実際、以下により詳細が議論されるよ
うに、二重膜の各セットの厚さは、反射率及び角度範囲
に於いて最適であるように連続法で配列される。二重膜
の各セットの層の厚さは約２〜４００ｎｍであり、８〜
４０ｎｍであるのが最も好ましい。
【００１２】改良された中性子反射スーパーミラー構造
物は、基板のすぐ上で且つ二重膜の第１のセットのすぐ
下に、または二重膜の一番最後若しくは一番上に蒸着し
たニッケル層も含み得る。あるいは、ニッケルはニッケ
ル合金または炭素と置換されてもよい。
物は、基板のすぐ上で且つ二重膜の第１のセットのすぐ
下に、または二重膜の一番最後若しくは一番上に蒸着し
たニッケル層も含み得る。あるいは、ニッケルはニッケ
ル合金または炭素と置換されてもよい。
【００１３】
【実施例】本発明は、高い中性子散乱能材料及び低い中
性子散乱能材料の二重膜の積み重ねセットを複数含んで
なる改良された中性子散乱スーパーミラーに関する。高
低の中性子散乱能材料は、一般的にパイレックスガラス
、ホウ素含有ガラス、フロートガラス及びシリコンから
なる群から選択される基板上に蒸着される。二重膜の前
記各セットの第１の層はチタンからなり、二重膜の前記
各セットの第２の層はニッケルとミクロ構造促進元素と
を含む合金からなる。第１の好ましい態様に於いては、
ミクロ構造促進元素は中性子散乱ポテンシャルが高く、
ニッケル粒度を小さくするためにニッケル層に格子間に
含まれる。もう一つの好ましい態様に於いては、ミクロ
構造促進元素は炭素であり、ニッケル層中に５〜５０％
濃度、特に１２〜３０％濃度で含まれる。二重膜の前記
セットの各ニッケル合金層は通常、公称組成Ｎｉ８６Ｃ
１４またはＮｉ７２Ｃ２８である。
性子散乱能材料の二重膜の積み重ねセットを複数含んで
なる改良された中性子散乱スーパーミラーに関する。高
低の中性子散乱能材料は、一般的にパイレックスガラス
、ホウ素含有ガラス、フロートガラス及びシリコンから
なる群から選択される基板上に蒸着される。二重膜の前
記各セットの第１の層はチタンからなり、二重膜の前記
各セットの第２の層はニッケルとミクロ構造促進元素と
を含む合金からなる。第１の好ましい態様に於いては、
ミクロ構造促進元素は中性子散乱ポテンシャルが高く、
ニッケル粒度を小さくするためにニッケル層に格子間に
含まれる。もう一つの好ましい態様に於いては、ミクロ
構造促進元素は炭素であり、ニッケル層中に５〜５０％
濃度、特に１２〜３０％濃度で含まれる。二重膜の前記
セットの各ニッケル合金層は通常、公称組成Ｎｉ８６Ｃ
１４またはＮｉ７２Ｃ２８である。
【００１４】先に参照したように、改良された中性子反
射スーパーミラーは、多くの二重膜の積み重ねセットを
含んでなり、通常そのセット数は２〜１０００、最も好
ましくは２０〜５００個である。二重膜の前記各セット
の厚さは、一般に５〜２００ｎｍである。改良された中
性子反射スーパーミラーは、前記基板と二重膜の前記セ
ットの第１の層との間か、二重膜の上端セットの最上層
の上に配置された緩衝層も含んでなる。緩衝層は通常、
厚さ１０〜１５００ｎｍであり、ほぼ１００ｎｍである
のが最も好ましい。緩衝層は通常、厚さ１００ｎｍに配
置されたニッケルまたはニッケル炭素合金層である。改
良された中性子反射スーパーミラーは、チタンとニッケ
ル炭素合金の各交互層の間に配置された中間層も含み得
る。好ましい一態様に於いては、中間層は２〜５００ｎ
ｍの厚さに配置された炭素層である。
射スーパーミラーは、多くの二重膜の積み重ねセットを
含んでなり、通常そのセット数は２〜１０００、最も好
ましくは２０〜５００個である。二重膜の前記各セット
の厚さは、一般に５〜２００ｎｍである。改良された中
性子反射スーパーミラーは、前記基板と二重膜の前記セ
ットの第１の層との間か、二重膜の上端セットの最上層
の上に配置された緩衝層も含んでなる。緩衝層は通常、
厚さ１０〜１５００ｎｍであり、ほぼ１００ｎｍである
のが最も好ましい。緩衝層は通常、厚さ１００ｎｍに配
置されたニッケルまたはニッケル炭素合金層である。改
良された中性子反射スーパーミラーは、チタンとニッケ
ル炭素合金の各交互層の間に配置された中間層も含み得
る。好ましい一態様に於いては、中間層は２〜５００ｎ
ｍの厚さに配置された炭素層である。
【００１５】図１には、本発明の改良された中性子反射
スーパーミラー構造物が示されている。スーパーミラー
構造物１８は、二重膜２０の複数の（図中には、２つし
か示されていない）積み重ねセットとして構成されるが
、一般に２〜１０００セットである。層セット２０の各
々は少なくとも２つのユニットＵ１及びＵ２から形成さ
れている。層セットの各々はｄ１及びｄ２の間隔ｄを各
々有し、これは互いに等しくてもまたは異なっていても
よい。
スーパーミラー構造物が示されている。スーパーミラー
構造物１８は、二重膜２０の複数の（図中には、２つし
か示されていない）積み重ねセットとして構成されるが
、一般に２〜１０００セットである。層セット２０の各
々は少なくとも２つのユニットＵ１及びＵ２から形成さ
れている。層セットの各々はｄ１及びｄ２の間隔ｄを各
々有し、これは互いに等しくてもまたは異なっていても
よい。
【００１６】ユニットＵ１及びＵ２の１つは、比較的高
い中性子散乱能またはポテンシャルを有する材料の少な
くとも一層を含み、前記ユニットＵ１及びＵ２のもう一
方は比較的低い中性子散乱ポテンシャル材料の少なくと
も１層を含む。好ましい態様に於いては、Ｕ１は、例え
ばニッケル層などの比較的高い中性子散乱ポテンシャル
材料層の最上に配置されたチタンなどの比較的低い中性
子散乱材料である。比較的高い中性子散乱能層が、高い
中性子散乱ポテンシャルを有するミクロ構造促進元素を
含むことは本発明の本質である。好ましい態様に於いて
は、ミクロ構造促進元素は炭素であり、ニッケル結晶粒
中に５〜５０％濃度で格子間に含まれる。一態様に於い
ては、高い中性子散乱ポテンシャル層の公称組成、即ち
Ｕ２はＮｉ７２Ｃ２８である。本発明の第２の態様に於
いては、層Ｕ２の公称組成はＮｉ８６Ｃ１４である。し
かしながら本発明は５％〜５０％濃度の炭素、即ちＮｉ
９５Ｃ５〜Ｎｉ５０Ｃ５０を有する高い中性子散乱ポテ
ンシャンル層を目的とするものと理解されたい。
い中性子散乱能またはポテンシャルを有する材料の少な
くとも一層を含み、前記ユニットＵ１及びＵ２のもう一
方は比較的低い中性子散乱ポテンシャル材料の少なくと
も１層を含む。好ましい態様に於いては、Ｕ１は、例え
ばニッケル層などの比較的高い中性子散乱ポテンシャル
材料層の最上に配置されたチタンなどの比較的低い中性
子散乱材料である。比較的高い中性子散乱能層が、高い
中性子散乱ポテンシャルを有するミクロ構造促進元素を
含むことは本発明の本質である。好ましい態様に於いて
は、ミクロ構造促進元素は炭素であり、ニッケル結晶粒
中に５〜５０％濃度で格子間に含まれる。一態様に於い
ては、高い中性子散乱ポテンシャル層の公称組成、即ち
Ｕ２はＮｉ７２Ｃ２８である。本発明の第２の態様に於
いては、層Ｕ２の公称組成はＮｉ８６Ｃ１４である。し
かしながら本発明は５％〜５０％濃度の炭素、即ちＮｉ
９５Ｃ５〜Ｎｉ５０Ｃ５０を有する高い中性子散乱ポテ
ンシャンル層を目的とするものと理解されたい。
【００１７】論理的な根拠はないが、本発明者らは純粋
なニッケル単独層が不適切に密になっている、即ちＮｉ
結晶格子中にボイドが多量に存在するという仮説をたて
てきた。結果として、初期の研究者達により座屈、磁場
形成（ｃｕｓｐｉｎｇ）及び層歪みが報告されている。 反対にミクロ構造促進材料、即ち炭素はＮｉ格子の空き
部分を占有することにより、座屈及び磁場形成を防ぐ触
媒として作用し得る。結果は、従来のＮｉ−Ｔｉスーパ
ーミラー中に知見された磁場形成や層歪みのない、より
円滑な、平坦なニッケル合金層となった。故にこの層上
に入射する中性子はより良く反射し得る。
なニッケル単独層が不適切に密になっている、即ちＮｉ
結晶格子中にボイドが多量に存在するという仮説をたて
てきた。結果として、初期の研究者達により座屈、磁場
形成（ｃｕｓｐｉｎｇ）及び層歪みが報告されている。 反対にミクロ構造促進材料、即ち炭素はＮｉ格子の空き
部分を占有することにより、座屈及び磁場形成を防ぐ触
媒として作用し得る。結果は、従来のＮｉ−Ｔｉスーパ
ーミラー中に知見された磁場形成や層歪みのない、より
円滑な、平坦なニッケル合金層となった。故にこの層上
に入射する中性子はより良く反射し得る。
【００１８】本発明の中性子反射スーパーミラー構造物
は、基板１９の最上に配置され、緩衝層２１ａも含み得
る。 緩衝層２１ａは前記基板１９の上と二重膜２０の第１の
セットの下に配置され得るか、または図１に例示されて
いるように、緩衝層２１は二重膜２０の前記セットの上
または最上に配置され得る。あるいは、中性子反射スー
パーミラーは、最上または最下層の両方として配置され
る前記緩衝層を含み得る。緩衝層２１及び２１ａは、通
常１〜１０００ｎｍの厚さであり、好ましくは約１００
ｎｍの厚さである。緩衝層２１及び２１ａは通常、前記
基板上に蒸着されたニッケル、ニッケル炭素合金または
炭素層として形成され、続いて二重膜の前記複数のセッ
トを続いて蒸着するためにその上にまたは、二重膜の最
上セット上にベースを提供する。
は、基板１９の最上に配置され、緩衝層２１ａも含み得
る。 緩衝層２１ａは前記基板１９の上と二重膜２０の第１の
セットの下に配置され得るか、または図１に例示されて
いるように、緩衝層２１は二重膜２０の前記セットの上
または最上に配置され得る。あるいは、中性子反射スー
パーミラーは、最上または最下層の両方として配置され
る前記緩衝層を含み得る。緩衝層２１及び２１ａは、通
常１〜１０００ｎｍの厚さであり、好ましくは約１００
ｎｍの厚さである。緩衝層２１及び２１ａは通常、前記
基板上に蒸着されたニッケル、ニッケル炭素合金または
炭素層として形成され、続いて二重膜の前記複数のセッ
トを続いて蒸着するためにその上にまたは、二重膜の最
上セット上にベースを提供する。
【００１９】図１の中性子反射スーパーミラーは、所望
の角度から入射した中性子を反射するために改造され得
る中性子分散パターンも有する。とりわけ、冷たい中性
子の入射ビームは４オングストロームの単波長（λ）の
中性子で作られる。反射ビームは、故にブラッグの法則
； ｎλ＝２ｄ ｓｉｎθ ［式中、ｎ＝１（一次反射の考察用）であり、冷たい中
性子の波長λ＝４オングストロームであり、２ｄ＝二重
膜の所定のセットの間隔または厚さである。］にほぼ従
った角度θで反射した４オングストロームの単波長で作
られている。
の角度から入射した中性子を反射するために改造され得
る中性子分散パターンも有する。とりわけ、冷たい中性
子の入射ビームは４オングストロームの単波長（λ）の
中性子で作られる。反射ビームは、故にブラッグの法則
； ｎλ＝２ｄ ｓｉｎθ ［式中、ｎ＝１（一次反射の考察用）であり、冷たい中
性子の波長λ＝４オングストロームであり、２ｄ＝二重
膜の所定のセットの間隔または厚さである。］にほぼ従
った角度θで反射した４オングストロームの単波長で作
られている。
【００２０】ｎλの値は一定であるため、２ｄの値を種
々変化させることによって反射角θを変化させ得る。基
本の層構造のスーパーミラー構造物を製作するためのア
ルゴリズムは、例えば、Ｍａｊｋｒｚｃｋら、ＭＲＳ
Ｐｒｏｃ．，“Ｆｅ−Ｗ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒｓ
ｆｏｒ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｎｅｕｔｒｏｎｓ”
，１０３，１１５〜１２０（１９８８）並びに、Ｈａｙ
ｔｅｒ及びＭｏｏｋら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｃｒｙｓｔ．，
“Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｘ−Ｒａｙ ａｎ
ｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒｓ”，２
２，３５〜４１（１９８９）（本発明中、参照として含
まれる）に開示されている。公知のアルゴリズムを使用
すると、ニッケルの遮断角のすぐ上の領域から受容性の
幾らか増加した角度まで発生するようにブラッグの回折
ピークに重複し得る二重膜の厚さ（２ｄ）の分布を為す
。無論、反射角が広がっても、反射率を１００％に保持
することは重要である。そうでなければ導管に沿った各
反射から累積減少して中性子束が許容できない程損失し
てしまうからである。
々変化させることによって反射角θを変化させ得る。基
本の層構造のスーパーミラー構造物を製作するためのア
ルゴリズムは、例えば、Ｍａｊｋｒｚｃｋら、ＭＲＳ
Ｐｒｏｃ．，“Ｆｅ−Ｗ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒｓ
ｆｏｒ Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ Ｎｅｕｔｒｏｎｓ”
，１０３，１１５〜１２０（１９８８）並びに、Ｈａｙ
ｔｅｒ及びＭｏｏｋら、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｃｒｙｓｔ．，
“Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｘ−Ｒａｙ ａｎ
ｄ Ｎｅｕｔｒｏｎ Ｓｕｐｅｒｍｉｒｒｏｒｓ”，２
２，３５〜４１（１９８９）（本発明中、参照として含
まれる）に開示されている。公知のアルゴリズムを使用
すると、ニッケルの遮断角のすぐ上の領域から受容性の
幾らか増加した角度まで発生するようにブラッグの回折
ピークに重複し得る二重膜の厚さ（２ｄ）の分布を為す
。無論、反射角が広がっても、反射率を１００％に保持
することは重要である。そうでなければ導管に沿った各
反射から累積減少して中性子束が許容できない程損失し
てしまうからである。
【００２１】本発明の中性子反射スーパーミラーが処理
するのはこの点である。より特定的且つ図２の参照より
、標準ニッケルコーティングと改良された中性子反射ス
ーパーミラー用の反射率対角度のプロットを示している
。図２は、最良の標準ニッケルコーティングの反射率を
示しており（カーブ３０）、これは非常に良好である。 即ち、ニッケルの臨界角（約０．４°θ）以下では約１
００％である。しかしながら、臨界角が大きくなると、
ニッケルコーティングの反射率は急激に減少し、ニッケ
ルの臨界角が２倍になる前（約０．８°θ）に反射率０
％にまで減少し且つ０．５°θ近傍では確実に１０％未
満となる。反対に、図１に例示されたようなＴｉ：Ｎｉ
−Ｃ合金スーパーミラーは、非常に良好な中性子反射率
、即ちニッケル単独の臨界角の３倍以下の臨界角でも９
５％以上の中性子反射率を示す。より特定的には、カー
ブ３２及び３４は、２つの異なる層のアルゴリズム構造
物のＴｉ：Ｎｉ７２−Ｃ２８合金を示している。カーブ
３２に示された構造物は、最良の標準Ｎｉコーティング
の臨界角の２倍まで反射率約９５％を示している。カー
ブ３４の構造物は、最良の標準Ｎｉコーティングの臨界
角の３倍まで反射率約９７％のもっと良好な性能を示し
ている。
するのはこの点である。より特定的且つ図２の参照より
、標準ニッケルコーティングと改良された中性子反射ス
ーパーミラー用の反射率対角度のプロットを示している
。図２は、最良の標準ニッケルコーティングの反射率を
示しており（カーブ３０）、これは非常に良好である。 即ち、ニッケルの臨界角（約０．４°θ）以下では約１
００％である。しかしながら、臨界角が大きくなると、
ニッケルコーティングの反射率は急激に減少し、ニッケ
ルの臨界角が２倍になる前（約０．８°θ）に反射率０
％にまで減少し且つ０．５°θ近傍では確実に１０％未
満となる。反対に、図１に例示されたようなＴｉ：Ｎｉ
−Ｃ合金スーパーミラーは、非常に良好な中性子反射率
、即ちニッケル単独の臨界角の３倍以下の臨界角でも９
５％以上の中性子反射率を示す。より特定的には、カー
ブ３２及び３４は、２つの異なる層のアルゴリズム構造
物のＴｉ：Ｎｉ７２−Ｃ２８合金を示している。カーブ
３２に示された構造物は、最良の標準Ｎｉコーティング
の臨界角の２倍まで反射率約９５％を示している。カー
ブ３４の構造物は、最良の標準Ｎｉコーティングの臨界
角の３倍まで反射率約９７％のもっと良好な性能を示し
ている。
【００２２】本発明の中性子反射スーパーミラー構造物
の構造をより良く理解するために、この構造物の製造方
法の例示として以下の態様を示す。
の構造をより良く理解するために、この構造物の製造方
法の例示として以下の態様を示す。
【００２３】
【実験例】本発明の中性子反射スーパーミラー構造物を
、５ｃｍ×１０ｃｍのフロートガラス上に蒸着したＴｉ
／Ｎｉ７２Ｃ２８コーティングで製造した。ガラス基板
はフロートガラス４インチ×４インチサイズから切り出
した。中性子散乱スーパーミラー構造物をフロートガラ
ス上に蒸着させる前に、前記基板をまずＣＤＣ脱脂機中
で手洗いして洗浄し、その後脱イオン水で十分に濯いだ
。それから基板を脱イオン水の超音波浴中に３０分浸漬
し、次いでメタノールで濯ぎ、窒素で風乾した。
、５ｃｍ×１０ｃｍのフロートガラス上に蒸着したＴｉ
／Ｎｉ７２Ｃ２８コーティングで製造した。ガラス基板
はフロートガラス４インチ×４インチサイズから切り出
した。中性子散乱スーパーミラー構造物をフロートガラ
ス上に蒸着させる前に、前記基板をまずＣＤＣ脱脂機中
で手洗いして洗浄し、その後脱イオン水で十分に濯いだ
。それから基板を脱イオン水の超音波浴中に３０分浸漬
し、次いでメタノールで濯ぎ、窒素で風乾した。
【００２４】基板はビームチャンバ内に運ばれ、基板ス
ピニングローテーションステージ上に据え付けられた。 チャンバは、水冷したステンレススチールブロックの反
対側にねじ止めされた周囲５インチで厚さ１／４インチ
のターゲット材料の水平シリンダである。ターゲットブ
ロックはチャンバの中心に置かれ、シリンダに対して円
周方向内部を指す水平軸に対して固定されている。ター
ゲットは水平に対して４５％角に配置され、特定の間隔
を於いて１８０°回転する。イオンビーム源は、シリン
ダの端に固定された５ｃｍの中空のカソード源である。 源からのＡｒ＋イオンのイオンビームは、シリンダーチ
ャンバの軸に沿ってターゲットブロックの方へ噴射され
た。源とターゲットブロックとの間には、中空のカソー
ドニュートラライザがあり、これはイオンビームに対し
て垂直で、源から大体３インチでビームと交差させるよ
うになっている。中空カソードニュートラライザはアル
ゴンイオンを中和し、チャージの反発からビームが放散
しないようにさせる。原子はターゲット材料に衝突し、
ターゲット材料の原子を放出させる。スパッタされた原
子は任意の方向にターゲットを離れるが、ターゲットに
対して垂直に離れる割合が最も高い。コートされるべき
基板は、ターゲットから約７インチ離れている。基板も
ターゲットに対して４５°の角度で平行であり、コーテ
ィングを均一にするためにゆっくりと回転させた。基板
アセンブリをチャンバの端、５ｃｍの源のすぐ上に取り
付けた。 ５ｃｍの源のパラメーターは、１５００Ｖビーム、１８
０Ｖ加速機及び５０ｍＡビーム電流であった。
ピニングローテーションステージ上に据え付けられた。 チャンバは、水冷したステンレススチールブロックの反
対側にねじ止めされた周囲５インチで厚さ１／４インチ
のターゲット材料の水平シリンダである。ターゲットブ
ロックはチャンバの中心に置かれ、シリンダに対して円
周方向内部を指す水平軸に対して固定されている。ター
ゲットは水平に対して４５％角に配置され、特定の間隔
を於いて１８０°回転する。イオンビーム源は、シリン
ダの端に固定された５ｃｍの中空のカソード源である。 源からのＡｒ＋イオンのイオンビームは、シリンダーチ
ャンバの軸に沿ってターゲットブロックの方へ噴射され
た。源とターゲットブロックとの間には、中空のカソー
ドニュートラライザがあり、これはイオンビームに対し
て垂直で、源から大体３インチでビームと交差させるよ
うになっている。中空カソードニュートラライザはアル
ゴンイオンを中和し、チャージの反発からビームが放散
しないようにさせる。原子はターゲット材料に衝突し、
ターゲット材料の原子を放出させる。スパッタされた原
子は任意の方向にターゲットを離れるが、ターゲットに
対して垂直に離れる割合が最も高い。コートされるべき
基板は、ターゲットから約７インチ離れている。基板も
ターゲットに対して４５°の角度で平行であり、コーテ
ィングを均一にするためにゆっくりと回転させた。基板
アセンブリをチャンバの端、５ｃｍの源のすぐ上に取り
付けた。 ５ｃｍの源のパラメーターは、１５００Ｖビーム、１８
０Ｖ加速機及び５０ｍＡビーム電流であった。
【００２５】系を、極低温ポンプで１．０Ｅ−６トール
にまで排気した。アルゴンガスをチャンバ内に中空カソ
ードを通して４．０ｓｃｃｍｓ／ｓの速度で導入し、チ
ャンバ内圧力を２．０Ｅ−４トールにした。Ｎｉ−合金
ターゲットは、炭素ターゲットの３０％をニッケルホイ
ルの４つの内側を向いた三角形でカバーして作成された
。ホイルはニッケルワイヤでターゲットに繋着された。 スパッタした他のターゲットは単に固体チタンであった
。ビームをターゲットにある設定時間だけスパッタした
後、ビームを遮断し、ターゲットブロックを１８０°回
転させて他のターゲットを露出させ、次いでビームは再
びバックアップを開始する。 タイマーは磁気ポロキシミティースイッチに接続され、
各１８０°毎にターゲットを停止させ、ターゲットブロ
ックを回転させるようにステッパーモータに命令した。 この方法を何回も繰り返すと、基板上に層が交互に積み
重なった。材料（例えば、ＮｉＣ）の一層は、材料２（
Ｔｉ）の一層と一緒に間隔ｄを構成する。ターゲットＳ
ｉをスパッタした時間と、基板上に得られた材料の厚さ
を関連付けるために、キャリブレーションが実施された
。スーパーミラーに必要な種々の間隔ｄに対するスパッ
タ時間が、２つのデータ点を直線で接続する２種類の材
料に関するスパッタ時間対層の厚さのグラフから内挿さ
れた。蒸着後、基板及び系をアルゴンガスのバックグラ
ウンド圧で排気して冷却させた。スーパーミラーの層構
造が色々変わると、即ち二重膜の前記各セットの間隔ｄ
が異なると、各二重膜セットのチタンとニッケル炭素合
金の蒸着時間もまちまちになる。配列及び配列された層
を評価するパターンは、本発明書中に開示された型の層
のアルゴリズムによって確認された（例えば、Ｈａｙｔ
ｅｒ及びＭｏｏｋの文献）。
にまで排気した。アルゴンガスをチャンバ内に中空カソ
ードを通して４．０ｓｃｃｍｓ／ｓの速度で導入し、チ
ャンバ内圧力を２．０Ｅ−４トールにした。Ｎｉ−合金
ターゲットは、炭素ターゲットの３０％をニッケルホイ
ルの４つの内側を向いた三角形でカバーして作成された
。ホイルはニッケルワイヤでターゲットに繋着された。 スパッタした他のターゲットは単に固体チタンであった
。ビームをターゲットにある設定時間だけスパッタした
後、ビームを遮断し、ターゲットブロックを１８０°回
転させて他のターゲットを露出させ、次いでビームは再
びバックアップを開始する。 タイマーは磁気ポロキシミティースイッチに接続され、
各１８０°毎にターゲットを停止させ、ターゲットブロ
ックを回転させるようにステッパーモータに命令した。 この方法を何回も繰り返すと、基板上に層が交互に積み
重なった。材料（例えば、ＮｉＣ）の一層は、材料２（
Ｔｉ）の一層と一緒に間隔ｄを構成する。ターゲットＳ
ｉをスパッタした時間と、基板上に得られた材料の厚さ
を関連付けるために、キャリブレーションが実施された
。スーパーミラーに必要な種々の間隔ｄに対するスパッ
タ時間が、２つのデータ点を直線で接続する２種類の材
料に関するスパッタ時間対層の厚さのグラフから内挿さ
れた。蒸着後、基板及び系をアルゴンガスのバックグラ
ウンド圧で排気して冷却させた。スーパーミラーの層構
造が色々変わると、即ち二重膜の前記各セットの間隔ｄ
が異なると、各二重膜セットのチタンとニッケル炭素合
金の蒸着時間もまちまちになる。配列及び配列された層
を評価するパターンは、本発明書中に開示された型の層
のアルゴリズムによって確認された（例えば、Ｈａｙｔ
ｅｒ及びＭｏｏｋの文献）。
【００２６】本発明は、好ましい態様に関連して記載さ
れてきたが、手順は本発明を記載の態様及び手順に限定
するものではないと理解される。反対に本発明は、総て
の方法を包含することを目的とし、本発明の請求項によ
って定義されたように、態様及びこれに相当するものは
本発明の領域及び範囲内に含まれ得る。
れてきたが、手順は本発明を記載の態様及び手順に限定
するものではないと理解される。反対に本発明は、総て
の方法を包含することを目的とし、本発明の請求項によ
って定義されたように、態様及びこれに相当するものは
本発明の領域及び範囲内に含まれ得る。
【図１】図１は、本発明の中性子反射スーパーミラー構
造物の一態様の部分断面図である。
造物の一態様の部分断面図である。
【図２】図２は、縦座標上に反射率、横座標に角度を示
したＮｉ７２Ｃ２８／チタンスーパーミラーと比較した
標準ニッケルコーティングの反射率のプロットである。
したＮｉ７２Ｃ２８／チタンスーパーミラーと比較した
標準ニッケルコーティングの反射率のプロットである。
１８ 改良中性子反射スーパーミラー構造物１９
基板 ２０ 二重膜 ２１ 緩衝層 ２１ａ 緩衝層 ３０ 最良の標準ニッケルコーティングの反射率３２
Ｔｉ：Ｎｉ７２〜Ｃ２８合金の反射率３４ Ｔｉ
：Ｎｉ７２〜Ｃ２８合金の反射率ｄ１ 間隔 ｄ２ 間隔
基板 ２０ 二重膜 ２１ 緩衝層 ２１ａ 緩衝層 ３０ 最良の標準ニッケルコーティングの反射率３２
Ｔｉ：Ｎｉ７２〜Ｃ２８合金の反射率３４ Ｔｉ
：Ｎｉ７２〜Ｃ２８合金の反射率ｄ１ 間隔 ｄ２ 間隔
Claims (14)
- 【請求項１】 高い中性子散乱能材料及び低い中性子
散乱能材料の二重膜の複数の積み重ねセットを含んでな
り、前記材料は基板上に蒸着され、二重膜の前記セット
の第１の層はチタンからなり、二重膜の前記セットの第
２の層はニッケルとミクロ構造促進元素とを含む合金か
らなることを特徴とする改良された中性子反射スーパー
ミラー。 - 【請求項２】 ミクロ構造促進元素が高い中性子散乱
ポテンシャルを有することを特徴とする請求項１に記載
の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項３】 ミクロ構造促進元素が炭素であり、ニ
ッケル合金層の格子間に含まれ、ニッケル結晶を改質す
ることを特徴とする請求項２に記載の中性子反射スーパ
ーミラー。 - 【請求項４】 ニッケル合金層に含まれる炭素の割合
が、５〜５０％であることを特徴とする請求項３に記載
の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項５】 ニッケル合金層に含まれる炭素の割合
が、１２〜３０％であることを特徴とする請求項４に記
載の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項６】 二重膜の前記セットのニッケル合金層
が、公称組成Ｎｉ８６Ｃ１４であることを特徴とする請
求項５に記載の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項７】 二重膜の前記セットのニッケル合金層
が、公称組成Ｎｉ７２Ｃ２８であることを特徴とする請
求項５に記載の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項８】 基板が、フロートガラス、パイレック
スガラス、シリコン、及び他のホウ素含有ガラスからな
る群から選択されることを特徴とする請求項３に記載の
中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項９】 二重膜の積み重ねセット数が、２〜１
０００であることを特徴とする請求項３に記載の中性子
反射スーパーミラー。 - 【請求項１０】 二重膜の積み重ねセット数が、５〜
５００であることを特徴とする請求項９に記載の中性子
反射スーパーミラー。 - 【請求項１１】 二重膜の各セットの厚さが、２〜４
００ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の中性
子反射スーパーミラー。 - 【請求項１２】 二重膜の各セットの厚さが、二重膜
の他のセットに関して変化することを特徴とする請求項
１１に記載の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項１３】 基板と二重膜の第１のセットとの間
に蒸着された材料層を含み、前記蒸着層はニッケル、ニ
ッケル合金、炭素及びその組み合わせからなる群から選
択される材料から製造されることを特徴とする請求項３
に記載の中性子反射スーパーミラー。 - 【請求項１４】 二重膜の最上セットの上に蒸着され
たニッケル層を含み、前記蒸着層はニッケル、ニッケル
合金、炭素及びその組み合わせからなる群から選択され
る材料から製造されることを特徴とする請求項３に記載
の中性子反射スーパーミラー。
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