JPH05210000A - 中性子光学のための反射材料 - Google Patents
中性子光学のための反射材料Info
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- JPH05210000A JPH05210000A JP14289292A JP14289292A JPH05210000A JP H05210000 A JPH05210000 A JP H05210000A JP 14289292 A JP14289292 A JP 14289292A JP 14289292 A JP14289292 A JP 14289292A JP H05210000 A JPH05210000 A JP H05210000A
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- reflection
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 炭素を含むニッケルの金属化合物の少なくと
も1つの薄層を含有してなる中性子の反射材料。 【効果】 中性子を反射させる能力が著しく増加し、中
性子ガイドとして有用である。
も1つの薄層を含有してなる中性子の反射材料。 【効果】 中性子を反射させる能力が著しく増加し、中
性子ガイドとして有用である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中性子を反射すること
のできる反射材料および中性子光学装置の製造、とくに
中性子のガイドの製造における前記材料の使用に関する
ものである。
のできる反射材料および中性子光学装置の製造、とくに
中性子のガイドの製造における前記材料の使用に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術および課題】原子物理学実験のために、例
えば原子炉で生成される中性子が使用されている。この
中性子は、用いられるターゲットの方向に向けるガイド
を通過する。これらのガイドはダクトにより構成され、
このダクトは、幾何学的配列が非常に正確でほぼ直線的
(quasi-rectilinear)であり、実験場所と中性子源と
をつなげるものである。中性子は電荷をもたないので、
電磁場によりこれらを導くことができない。この理由の
ため、中性子を導くことは、ガイドの内部壁の反射現象
により行われている。従ってこのことが、このガイドに
なる通路の形状を制限する。さらに、ガイドされない軌
道をもつ中性子は、周期的にガイドの壁に接触する。入
射角に依存して、これらは、この壁により反射されるか
または吸収され、このことは、中性子が有効に増殖でき
る範囲の立体角に関して第2の制限になり、実験場所で
実際に利用される束に対する制限となる。従って、この
ような中性子のガイドは、臨界角(critical angle)未
満の様々な入射角で到達する中性子を反射させることの
できる光学的および機械的特性をもたなければならな
い。この臨界角未満で、材料が良好な反射特性をもたな
ければならず、表面の欠点、例えば材料の構成または構
造における欠点は容認できるものではない。しかしなが
ら、その角度を超えるとガイドが中性子を吸収するこの
臨界角は、2×10-3ラジアン/λと非常に小さく(こ
こでλは中性子に関する波長である)、従って反射され
得る中性子の割合を決定する。この臨界角は、ガイドを
構成する材料の成分の真空中の散乱能力とともに増加
し、材料の原子密度(原子数/cm3)と核の干渉性散乱
長(coherent scattering length)(cm)との積に比例
する。従来の中性子のガイドにおいて、これらの反射率
の非常に低い限界の故に、ターゲットに到達する中性子
の数は顕著に減少し、全スペクトルにおいて放射される
中性子数に比べて、受け入れられる中性子の有効数は、
非常に低い割合である。このことの1つの結論は、ター
ゲットが原子炉から比較的短い距離になければならない
ことであり、これは望ましくないことである。他の結論
としては、もしターゲットからの与えられた距離で、こ
のターゲットにより受け入れられる中性子の秒あたりの
数を増加させたいならば、原子炉の能力を高めることが
必要であり、これは不可能であるか非常に高価であるか
のいずれかであろう。
えば原子炉で生成される中性子が使用されている。この
中性子は、用いられるターゲットの方向に向けるガイド
を通過する。これらのガイドはダクトにより構成され、
このダクトは、幾何学的配列が非常に正確でほぼ直線的
(quasi-rectilinear)であり、実験場所と中性子源と
をつなげるものである。中性子は電荷をもたないので、
電磁場によりこれらを導くことができない。この理由の
ため、中性子を導くことは、ガイドの内部壁の反射現象
により行われている。従ってこのことが、このガイドに
なる通路の形状を制限する。さらに、ガイドされない軌
道をもつ中性子は、周期的にガイドの壁に接触する。入
射角に依存して、これらは、この壁により反射されるか
または吸収され、このことは、中性子が有効に増殖でき
る範囲の立体角に関して第2の制限になり、実験場所で
実際に利用される束に対する制限となる。従って、この
ような中性子のガイドは、臨界角(critical angle)未
満の様々な入射角で到達する中性子を反射させることの
できる光学的および機械的特性をもたなければならな
い。この臨界角未満で、材料が良好な反射特性をもたな
ければならず、表面の欠点、例えば材料の構成または構
造における欠点は容認できるものではない。しかしなが
ら、その角度を超えるとガイドが中性子を吸収するこの
臨界角は、2×10-3ラジアン/λと非常に小さく(こ
こでλは中性子に関する波長である)、従って反射され
得る中性子の割合を決定する。この臨界角は、ガイドを
構成する材料の成分の真空中の散乱能力とともに増加
し、材料の原子密度(原子数/cm3)と核の干渉性散乱
長(coherent scattering length)(cm)との積に比例
する。従来の中性子のガイドにおいて、これらの反射率
の非常に低い限界の故に、ターゲットに到達する中性子
の数は顕著に減少し、全スペクトルにおいて放射される
中性子数に比べて、受け入れられる中性子の有効数は、
非常に低い割合である。このことの1つの結論は、ター
ゲットが原子炉から比較的短い距離になければならない
ことであり、これは望ましくないことである。他の結論
としては、もしターゲットからの与えられた距離で、こ
のターゲットにより受け入れられる中性子の秒あたりの
数を増加させたいならば、原子炉の能力を高めることが
必要であり、これは不可能であるか非常に高価であるか
のいずれかであろう。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明の論題は、原子炉
に対してターゲットを近くしなければならないという制
限および中性子ガイドの許される湾曲の制限を減少させ
る中性子光学のための材料および装置におけるその使用
である。このために、本発明の中性子光学のための反射
材料は、炭素を含むニッケル金属化合物の少なくとも1
つの薄層を含有し、且つこのために散乱能力が増加して
いる、注目すべきものである。
に対してターゲットを近くしなければならないという制
限および中性子ガイドの許される湾曲の制限を減少させ
る中性子光学のための材料および装置におけるその使用
である。このために、本発明の中性子光学のための反射
材料は、炭素を含むニッケル金属化合物の少なくとも1
つの薄層を含有し、且つこのために散乱能力が増加して
いる、注目すべきものである。
【0004】この材料は、ニッケル基金属化合物の薄層
とチタンの薄層との交互層により構成することができ、
前記ニッケルの金属化合物は、炭素を含むものである。
このような中性子反射材料は、ニッケルと炭素の金属化
合物を使用するため増加した反射臨界角をもつものであ
り、炭素のないニッケル金属化合物と比べて、増加した
原子密度をもつものである。さらに、著しく異なる原子
密度をもつ2つのタイプの材料の交互層が存在すること
により、隣接する2つの層の間に差異が存在し、この臨
界角をさらに増加させるものである。顕著に異なる原子
密度をもつ複数の交互層を配置させることは、各層の累
積効果が得られ、さらにこの臨界角が増加する。さら
に、実質上無定形の構造にニッケルの結晶粒子サイズを
顕著に減少させる、金属のニッケル基の層における炭素
の存在は、反射を改善するものである。この層を積み重
ねたことの特性は、より一定であり、反射能力を減じる
欠点のないものである。同様の点において、ニッケル基
層中の炭素の存在により、ニッケルとチタンとの間の相
互拡散を顕著に制限する効果が得られ、2つの隣接する
層の境界での原子密度の大きい差異を維持し、反射を高
める一因となる。異なる材料のたった2つの層の存在に
よって、このガイドの工業的生産が容易となり、同様に
その反射特性が高められることに注意するべきである。
従って、本発明の材料は、上記で定義したように、反射
によるビームの集束、単色化または偏光を行うすべての
中性子光学装置の製造および中性子光学の導波管の内部
壁の製造に非常に好適である。このように、良好な到達
効率を有する中性子光学のためのガイドを得ることがで
き、中性子を提供する原子炉から、より遠く隔たった場
所で中性子の十分な束を維持して実験を行うことができ
る。
とチタンの薄層との交互層により構成することができ、
前記ニッケルの金属化合物は、炭素を含むものである。
このような中性子反射材料は、ニッケルと炭素の金属化
合物を使用するため増加した反射臨界角をもつものであ
り、炭素のないニッケル金属化合物と比べて、増加した
原子密度をもつものである。さらに、著しく異なる原子
密度をもつ2つのタイプの材料の交互層が存在すること
により、隣接する2つの層の間に差異が存在し、この臨
界角をさらに増加させるものである。顕著に異なる原子
密度をもつ複数の交互層を配置させることは、各層の累
積効果が得られ、さらにこの臨界角が増加する。さら
に、実質上無定形の構造にニッケルの結晶粒子サイズを
顕著に減少させる、金属のニッケル基の層における炭素
の存在は、反射を改善するものである。この層を積み重
ねたことの特性は、より一定であり、反射能力を減じる
欠点のないものである。同様の点において、ニッケル基
層中の炭素の存在により、ニッケルとチタンとの間の相
互拡散を顕著に制限する効果が得られ、2つの隣接する
層の境界での原子密度の大きい差異を維持し、反射を高
める一因となる。異なる材料のたった2つの層の存在に
よって、このガイドの工業的生産が容易となり、同様に
その反射特性が高められることに注意するべきである。
従って、本発明の材料は、上記で定義したように、反射
によるビームの集束、単色化または偏光を行うすべての
中性子光学装置の製造および中性子光学の導波管の内部
壁の製造に非常に好適である。このように、良好な到達
効率を有する中性子光学のためのガイドを得ることがで
き、中性子を提供する原子炉から、より遠く隔たった場
所で中性子の十分な束を維持して実験を行うことができ
る。
【0005】添付した図面は、どのように本発明が実施
され得るのかの理解を良好にするものである。これらの
図に関して、同じ参照記号は、同じまたは同様の元素を
分類している。図1は、ニッケルとチタンの交互層のX
線回折スペクトルを示すものである。図2は、本発明の
ニッケルと炭素の金属化合物層およびチタン層との交互
層を示すものである。図3は、本発明の炭素を含むニッ
ケル金属化合物層とチタン層との交互層のX線回折スペ
クトルを表すものである。図4は、純ニッケル化合物と
比較した、本発明のニッケルと炭素との金属化合物の反
射を示すものである。図5は、ニッケルと炭素との金属
化合物層およびチタン層との交互層の反射を示すもので
ある。
され得るのかの理解を良好にするものである。これらの
図に関して、同じ参照記号は、同じまたは同様の元素を
分類している。図1は、ニッケルとチタンの交互層のX
線回折スペクトルを示すものである。図2は、本発明の
ニッケルと炭素の金属化合物層およびチタン層との交互
層を示すものである。図3は、本発明の炭素を含むニッ
ケル金属化合物層とチタン層との交互層のX線回折スペ
クトルを表すものである。図4は、純ニッケル化合物と
比較した、本発明のニッケルと炭素との金属化合物の反
射を示すものである。図5は、ニッケルと炭素との金属
化合物層およびチタン層との交互層の反射を示すもので
ある。
【0006】臨界角および反射率を増加させるための研
究によって、薄層の製造条件により結晶構造が不規則と
なるような欠点のない薄層の形状において製造すること
ができるように、高い原子密度をもつ材料の使用が導か
れた。また、例えば原子の格子を変化させることなく、
ニッケルの原子の格子に異種原子を入り込ませて格子間
型合金の製造することによる研究もあった。このように
異種原子を入り混ませることは、異種原子の原子半径が
ニッケルの格子定数の特定割合よりも少ない場合にの
み、可能となる。従って、水素または重水素、酸素、窒
素を使用することができる。挙げた原子は付着温度で気
体状態であるという理由のために、ニッケルの結晶格子
構造におけるこれらの含有物は、必要な濃度で達成され
ず、このことによりその効果は非常に制限されることが
見いだされる。さらに、同様の目的のために、ニッケル
およびチタンのような著しく異なる原子密度をもつ2つ
の材料の交互層を使用することによる研究があった。し
かし、チタンは拡散により、すべての他の材料を吸収す
る特性をもち、この場合においては非常に所望されない
ものである。なぜならば、異なる原子密度、とくにその
境界のレベルで良好な差異をもつ層をもつことが望まれ
るからである。そのとき、これはこのような拡散を防止
する、ニッケル基層とチタン基層との間の分離層を設け
る必要が生じる。しかし、このような構造は、工業的に
実施することが困難であり、ニッケルの結晶構造の特性
の欠点を排除することができない。
究によって、薄層の製造条件により結晶構造が不規則と
なるような欠点のない薄層の形状において製造すること
ができるように、高い原子密度をもつ材料の使用が導か
れた。また、例えば原子の格子を変化させることなく、
ニッケルの原子の格子に異種原子を入り込ませて格子間
型合金の製造することによる研究もあった。このように
異種原子を入り混ませることは、異種原子の原子半径が
ニッケルの格子定数の特定割合よりも少ない場合にの
み、可能となる。従って、水素または重水素、酸素、窒
素を使用することができる。挙げた原子は付着温度で気
体状態であるという理由のために、ニッケルの結晶格子
構造におけるこれらの含有物は、必要な濃度で達成され
ず、このことによりその効果は非常に制限されることが
見いだされる。さらに、同様の目的のために、ニッケル
およびチタンのような著しく異なる原子密度をもつ2つ
の材料の交互層を使用することによる研究があった。し
かし、チタンは拡散により、すべての他の材料を吸収す
る特性をもち、この場合においては非常に所望されない
ものである。なぜならば、異なる原子密度、とくにその
境界のレベルで良好な差異をもつ層をもつことが望まれ
るからである。そのとき、これはこのような拡散を防止
する、ニッケル基層とチタン基層との間の分離層を設け
る必要が生じる。しかし、このような構造は、工業的に
実施することが困難であり、ニッケルの結晶構造の特性
の欠点を排除することができない。
【0007】図1には、14.3nmの空間周期(spati
al periodicity)をもつニッケルとチタンの交互層のX
線回折スペクトル与えられている。横座標は入射および
回折したビームの間の角度(d°)であり、縦座標は応
答の大きさAを表している。これらの材料の結晶状態を
意味する、ニッケルとチタンにそれぞれ言及する第1ピ
ークNiと第2ピークTiが存在することに注意するべ
きである。これらのピークは、Ni3Tiタイプの2つ
の材料に相当する、小さい大きさの3番目のP3および
4番目のP4ピークを囲んでいる。最初のピークTiお
よびNiの幅から、約2nmの相互拡散の長さが計算され
る。従ってこのような構造は、満足なものではない。
al periodicity)をもつニッケルとチタンの交互層のX
線回折スペクトル与えられている。横座標は入射および
回折したビームの間の角度(d°)であり、縦座標は応
答の大きさAを表している。これらの材料の結晶状態を
意味する、ニッケルとチタンにそれぞれ言及する第1ピ
ークNiと第2ピークTiが存在することに注意するべ
きである。これらのピークは、Ni3Tiタイプの2つ
の材料に相当する、小さい大きさの3番目のP3および
4番目のP4ピークを囲んでいる。最初のピークTiお
よびNiの幅から、約2nmの相互拡散の長さが計算され
る。従ってこのような構造は、満足なものではない。
【0008】本発明の炭素を含むニッケル基金属化合物
とチタン層との交互層の積層構造は、図2に示される。
前記金属化合物の層はNiCと記号がつき、チタン層は
Tiと記号が付けられている。図3は、図1と同様の軸
において、図2に示される本発明の交互層の1つは前記
ニッケルおよび炭素の金属化合物と、もう1つはチタン
のX線回折スペクトルを示している。図1と比較する
と、ニッケルを意味するピークNiの大きさは、非常に
小さく、約1/20であることが分かる。これは、ニッ
ケル基層は準無定形構造(quasi-amorphous structur
e)をもつことを示している。さらに、図1に見られる
ような第3および第4のピークは、図3には存在せず、
相互拡散領域がないことを証明している。このような交
互層によって、層が良好な差異をもち、準無定形構造が
良好な表面特性を確実にし、且つ原子の相互拡散のない
中性子光学のための反射材料が得られる。
とチタン層との交互層の積層構造は、図2に示される。
前記金属化合物の層はNiCと記号がつき、チタン層は
Tiと記号が付けられている。図3は、図1と同様の軸
において、図2に示される本発明の交互層の1つは前記
ニッケルおよび炭素の金属化合物と、もう1つはチタン
のX線回折スペクトルを示している。図1と比較する
と、ニッケルを意味するピークNiの大きさは、非常に
小さく、約1/20であることが分かる。これは、ニッ
ケル基層は準無定形構造(quasi-amorphous structur
e)をもつことを示している。さらに、図1に見られる
ような第3および第4のピークは、図3には存在せず、
相互拡散領域がないことを証明している。このような交
互層によって、層が良好な差異をもち、準無定形構造が
良好な表面特性を確実にし、且つ原子の相互拡散のない
中性子光学のための反射材料が得られる。
【0009】図4は、中性子波長λの関数として、俯角
入射で、ニッケルと炭素の金属化合物の薄層の中性子反
射スペクトルNcを表したものである(対数スケー
ル)。純粋なニッケルと同等のスペクトルNiが、対照
として表されている。ニッケルと炭素の金属化合物の反
射スペクトルNcは、散乱能力の増加により、とくに低
い波長になっていることが分かる。
入射で、ニッケルと炭素の金属化合物の薄層の中性子反
射スペクトルNcを表したものである(対数スケー
ル)。純粋なニッケルと同等のスペクトルNiが、対照
として表されている。ニッケルと炭素の金属化合物の反
射スペクトルNcは、散乱能力の増加により、とくに低
い波長になっていることが分かる。
【0010】1つはニッケルと炭素の金属化合物、もう
一方はチタンの本発明の交互層の反射は、図5に示され
る。この一連の図およびこれらから引き出される結果
は、1つはニッケルと炭素の金属化合物、もう1つはチ
タンの交互層を使用することによって、増加した反射の
臨界角および反射率の増加した中性子反射材料が得られ
ることを可能にすることを示している。この金属化合物
は、ニッケルと炭素とのカソード共スパッタリングまた
は同時蒸着により製造することができる。このような材
料は、とくに到達特性が増加した中性子光学のための導
波管の内部表面を構成するために使用することができ
る。ニッケルおよび炭素の金属化合物の層において、ニ
ッケルの3つの原子につきせいぜい1つの炭素原子を入
り込ませるのが有利である。
一方はチタンの本発明の交互層の反射は、図5に示され
る。この一連の図およびこれらから引き出される結果
は、1つはニッケルと炭素の金属化合物、もう1つはチ
タンの交互層を使用することによって、増加した反射の
臨界角および反射率の増加した中性子反射材料が得られ
ることを可能にすることを示している。この金属化合物
は、ニッケルと炭素とのカソード共スパッタリングまた
は同時蒸着により製造することができる。このような材
料は、とくに到達特性が増加した中性子光学のための導
波管の内部表面を構成するために使用することができ
る。ニッケルおよび炭素の金属化合物の層において、ニ
ッケルの3つの原子につきせいぜい1つの炭素原子を入
り込ませるのが有利である。
【図1】ニッケルとチタンの交互層のX線回折スペクト
ルを示す図である。
ルを示す図である。
【図2】本発明のニッケルと炭素の金属化合物およびチ
タンの交互層を示す図である。
タンの交互層を示す図である。
【図3】本発明の炭素を含むニッケル金属化合物とチタ
ンとの交互層のX線回折スペクトルを表す図である。
ンとの交互層のX線回折スペクトルを表す図である。
【図4】純ニッケル化合物と比較した、本発明のニッケ
ルと炭素との金属化合物の反射を示す図である。
ルと炭素との金属化合物の反射を示す図である。
【図5】ニッケルと炭素との金属化合物の層およびチタ
ン層との交互層の反射を示す図である。
ン層との交互層の反射を示す図である。
フロントページの続き (72)発明者 ベルナール・ヴィダル フランス国、13510 エグイーユ、シュマ ン・デパルトモンタル 18、ランクロ 17
Claims (5)
- 【請求項1】 炭素を含むニッケルの金属化合物の少な
くとも1つの薄層を含有してなり、散乱能力がこのこと
により高められていることを特徴とする、中性子光学の
ための反射材料。 - 【請求項2】 ニッケル基金属化合物の薄層と、チタン
の薄層との交互層により構成され、前記ニッケル基金属
化合物が炭素を含む、請求項1に記載の反射材料。 - 【請求項3】 ニッケルおよび炭素の金属化合物の薄層
または複数の薄層が、3つのニッケル原子につき最大1
つの炭素原子を含む、請求項1に記載の反射材料。 - 【請求項4】 請求項1により特定された材料の少なく
とも1つの層を含有してなる、中性子光学のための装
置。 - 【請求項5】 内部表面が、請求項1により特定された
反射材料により構成されたダクトを含有してなる、中性
子光学のためのガイド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9106713A FR2677483B1 (fr) | 1991-06-04 | 1991-06-04 | Materiau reflecteur pour optique neutronique et dispositif en faisant application. |
| FR9106713 | 1991-06-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05210000A true JPH05210000A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=9413433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14289292A Pending JPH05210000A (ja) | 1991-06-04 | 1992-06-03 | 中性子光学のための反射材料 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0517574A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05210000A (ja) |
| CA (1) | CA2070159A1 (ja) |
| FR (1) | FR2677483B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100647353B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2006-11-23 | 한국원자력연구소 | 편극 중성자 유도관 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4423781B4 (de) * | 1994-06-30 | 2005-03-17 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Material zur Beschichtung eines Neutronenleiters |
| DE19844300C2 (de) * | 1998-09-17 | 2002-07-18 | Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh | Neutronenoptisches Bauelement |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3885153A (en) * | 1974-06-20 | 1975-05-20 | Us Energy | Multi-layer monochromator |
-
1991
- 1991-06-04 FR FR9106713A patent/FR2677483B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100647353B1 (ko) * | 2005-07-15 | 2006-11-23 | 한국원자력연구소 | 편극 중성자 유도관 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2677483A1 (fr) | 1992-12-11 |
| FR2677483B1 (fr) | 1994-09-09 |
| CA2070159A1 (fr) | 1992-12-05 |
| EP0517574A1 (fr) | 1992-12-09 |
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