清華水池式反應器W-3 實驗站三維去極化中子束之建立

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研究生：	張信豪 Chang, Hsin-Hao
論文名稱：	清華水池式反應器W-3 實驗站三維去極化中子束之建立 The setup of a 3-D neutron depolarization beamline at W-3 port of the Tsing-Hua Open Pool Reactor
指導教授：	李志浩 Lee, Chih-Hao
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2009
畢業學年度：	97
語文別：	中文
論文頁數：	116
中文關鍵詞：	三維去極化中子儀
外文關鍵詞：	three-dimensional neutron depolarization
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本論文的主題是在清華水池式反應器（THOR）W-3 實驗站建立
三維去極化中子束。三維去極化中子儀主要為觀察極化中子通過磁
性材料過程，受到內部磁區的擾動使得極化中子向量的方向和大小
改變，來進行分析後可以觀察出材料內部平均磁區大小、平均感應磁
場強度、磁區平均方向餘弦的平方。本論文將使用三維去極化中子儀
量測不同密度的鎳鐵氧磁體 (Ni-ferrite)的內部磁區大小和使用磁力
顯微鏡 (Magnetic Force Microscopy, MFM) 量測表面磁區的大小之
後，比較表面和內部磁區大小，實驗結果表面和內部磁區大小大致相
同大小約2 μm。此外，研究三維去極化中子儀的極化率無法提高的
原因，然後將影響極化率的原因解決之後，極化率提升到92 %。

A three-dimensional neutron depolarization beamline was commissioned in Tsing-Hua Open Pool Reactor (THOR). In this beamline, with the neutron depolarization technique, provides information of the mean domain size, the mean square direction cosine of the magnetic induction in the domains, and the mean magnetization of a magnetic sample. In this work, the surface magnetic domain and inner magnetic domain of Ni-ferrite samples with different densities are studied. The MFM results show the surface magnetic domain size is about 2 □m, which is consistent with 2 □m of inner magnetic domain size measured by depolarized neutron technique. In addition, the problems of improving the polarization ratio of neutron beamline were discussed. The final polarization factor of this beamline is 92%.

目      錄
第一章   前言
1-1    介紹    …………………………………………….……………1
第二章  研究動機與文獻回顧
2-1  研究動機與發展歷史………………………………….……….3
2-2  文獻回顧………………………………………………….….....4
第三章  三維去極化中子儀系統與元件
3-1  三維去極化中子儀系統….………………………………….....7
3-2  中子分光器……………………………………………….…...10
3-3  中子過濾器………..……………………………………..……11
3-4  極化中子的方法…..…………………………………………..13
3-5  中子磁矩翻轉器…...………………….………………………15
3-6  偵檢器……………………………………………………..…..16
第四章  三維去極化中子系統與中子特性
4-1 中子極化向量特性…………………..…….…………………...18
4-2 三維中子去極化原理………………..…..….………………….22
4-3 取得去極化矩陣元素的方法………..….……...………………30
4-4 修正去極化矩陣元素的係數………..….…...…………………30


4-5 去極化矩陣的元素、磁區大小與磁結構平均方向餘弦平方的誤差…………………………………………………….…….31
4-5-1 去極化矩陣元素的誤差……………………………………31
4-5-2 磁區大小的誤差……………………………………………32
4-5-3 磁結構平均方向餘弦平方誤差............................................33
第五章 實驗結果與討論
5-1 討論影響極化率的關係因子…………………………………..34
5-1-1  Cu2MnAl的特性…………………………………………..34
5-1-2  三維翻轉器對極化率影響………………………………..35
5-1-2-1 磁矩翻轉器提供的磁場是否均勻……………………..35
5-1-2-2 能量解析度大小對極化率的影響……………………..35
5-1-3 Cu2MnAl晶體磁化程度跟極化率關係…………………….35
5-1-4 高諧項的中子波長對極化率的影響………………………36
5-1-5 中子路徑上磁場的特性……………………………………36
5-2 極化率的提升過程……………………………………………..37
5-2-1 Cu2MnAl的特性…………………………………………….37
5-2-1-1 Cu2MnAl單晶結構上的特性…………………………...37
5-2-2 三維翻轉器對極化率影響…………………………………39
5-2-2-1 翻轉器是否提供均勻的磁場…………………………..39
5-2-2-2 中子能量解析度對極化率的影響……………………..39
5-2-3 Cu2MnAl晶體磁化程度跟極化率關係…………………….40
5-2-4 高諧項的中子對極化率的影響……………………………42
5-2-4-1 高諧項的中子波長對極化率的影響計算……………..43
5-2-4-2 推算本中子束上波長為0.237 nm和0.1185 nm的中子比例………………………………………………………44
5-2-5 中子路徑上磁場的特性……………………………………46
5-2-5-1 不同磁路對中子路徑上磁場的影響…………………..46
5-2-5-2 中子路徑上Z軸方向的磁場大小與磁路設計….…….48
5-2-6 極化率的提升過程的結論…………………………………51
5-3 三維去極化中子儀參數的測試與誤差分析….………….……52
5-3-1 去極化矩陣元素的測試與誤差分析………………………52
5-3-2 磁區大小量測範圍與極化率對磁區誤差的關係…………58
5-3-2-1 三維去極化中子儀可以量測的磁區大小……………..58
5-3-2-2 去極化因子和極化率對磁區大小的誤差……………..59
5-3-3 不同樣品密度的內部磁區和表面磁區的大小比較………61
5-3-3-1使用三維去極化中子儀量測樣品的內部磁區………...61
5-3-3-2 使用MFM量測表面磁區……………………………....64
第六章 結論…..………………………………………………………..65
第七章 未來展望與建議…………….……………………….………..66
參考文獻……………………………………………………...………67
附   錄A  去極化中子儀操作說明…………...…………………..…70
附   錄B  原始數據……………………………….………..……..…92
附   錄C  樣品製備與樣品特性…………………….……………..100
附   錄D  計算磁區大小、磁結構平均方向餘弦的平方與誤差程式……………………………………………………….103
附   錄E  3He偵檢器效率與Cu2MnAl單晶對中子波長為0.1185 nm的極化率計算……………………………………109
附   錄F  磁結構平均方向餘弦的平方的推導.…………..…….....110
附   錄G  投稿到PNCMI2008國際會議紀錄的文章……...….....113

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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