一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统及设计方法

1.本发明涉及中子光学仪器的技术领域，特别涉及一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统及设计方法。


背景技术：

2.小角中子散射谱仪是一种利用弹性中子小角散射技术表征材料纳米尺度到中尺度结构的成熟稳定的装置。考虑到散裂源、反应堆中子源等中子源的安全管理和技术难度，基于大型源的中子散射技术发展和推广应用受到较多限制。因此近年来小型加速器中子源受到了广泛地关注和发展以满足材料科学、化学、生物学、凝聚态物理和其他领域的小角中子散射实验的需求。
3.中子流强与有效集光面积密切相关，有效集光面积由几何集光面积和镜面反射率组成，增加几何集光面积通常通过不同聚焦器件的结构优化设计来实现，主要表现形式为多通道导管聚焦、多段连接式导管聚焦、嵌套式聚焦等；提高镜面反射率通常通过在基板上镀制中子超镜涂层来实现，主要表现形式为镍膜、镍铁膜、镍钛膜等。国内外相关的发明及文章有——专利1：一种具有高通量的小焦斑中子聚焦系统(申请号：cn202211030012.x)公开了一种具有高通量的小焦斑中子聚焦系统，将八个镀有超镜系数m≥3、临界反射率rc≥90％镍钛多层膜的montel型中子超镜进行环形布置，共焦点精密对准，使不同的物有共同的像，但其两次反射且几何集光面积拓展不足依旧导致中子增益较低。专利2：一种中子导管(cn201921767208.0)公开了一种中子导管，该中子超镜导管为多段，多段镀有镍铁膜的中子超镜导管依次连接形成导管本体，但其单通道集光能力不足以及连接方式复杂。文章1：gubarev等人(链接：https://doi.org/10.1016/j.nimb.2007.09.041)通过对嵌套式wolter镜进行镀镍，在中子波长上实现了不少于8倍的增益，虽然其通过嵌套结构增加了几何集光面积，但其未镀制更高m值的中子超镜使得中子增益的表现依旧不足。同时，以上发明及文章在结构设计上均未从与实际中子束线相符的面光源和宽谱出发进行优化，且未将中子聚焦增益和谱仪精度耦合设计，使聚焦系统没有在理论上实现最优化。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统及设计方法，同时实现高增益和高分辨率，所设计的新型聚焦系统可以满足小型加速器中子源的小角中子散射谱仪应用需求。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，包括：
5.物面光源、设置于物面光源一侧的聚焦镜、设置于聚焦镜一侧的样品光阑、设置于样品光阑中的样品及设置于样品光阑一侧的像面探测器；
6.聚焦镜包括芯轴及均匀固定于芯轴外表面一圈的多个镜面组件，每个镜面组件之间间隔设置；
7.聚焦镜靠近物面光源的一侧面上设置有碳化硼遮光板，该聚焦镜通过碳化硼遮光板提高系统信噪比。
8.优选的，该镜面组件包括多层全环形六扇区四段锥面拼接的类椭球镜，多个类椭球镜之间通过五根石墨条支撑并用环氧树脂胶固定。
9.一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统设计方法，包括以下步骤：
10.s1、根据小角散射谱仪的建设要求及聚焦复合结构，确定谱仪聚焦系统的可优化参数及外部输入条件；
11.s2、建立谱仪聚焦系统几何模型，将几何模型建模参数添加到几何模型相应位置，获得可优化谱仪聚焦系统基础模型；
12.s3、根据现有基础模型通过焦斑公式推导和放大率优化并基于紧密嵌套及高信噪比结构原则，多参数遍历计算出聚焦镜不同参数组在不同系统输入参数下所对应的全部中子流强数据；
13.s4、找到最大中子流强对应的参数组及对应的最优系统输入参数光源半径s1和放大率m，作为小角中子散射谱仪的设计参数；
14.s5、根据最优参数建立谱仪聚焦系统的完整模型，利用光线追迹法对该聚焦系统进行性能模拟以表征其高增益和高分辨率的特征。
15.优选的，步骤s1中可优化参数包括物像距、放大率、入射中子波谱、镜面镀制材料及临界反射率、光源尺寸、发散角、最小波矢转移量、镜半径、嵌套层数、镜长及遮光面积比例，确定其中的外部输入条件用于聚焦系统基础模型建立，确定其中的可优化参数用于多参数优化。
16.优选的，步骤s3中参数遍历计算过程还包括以下步骤：确定聚焦镜最外层半径r1m，由外向内依次推导各层参数，r1m选取范围由掠入射角确定，且r1m范围包括仅接收最远的离轴光源点的最大波长中子到接收任意光源源点任意波长的所有中子；在物面光源的基础上，对于任意光源半径s1，相邻层应尽可能靠近且完全不遮挡类椭球镜上的入射和反射中子，会有部分中子不反射而直接穿过嵌套层；与样品孔径相接的样品光阑完全遮挡这些直穿中子，即样品光阑和样品轴向位置需比最内层直穿中子束内测与最外层反射中子束外侧轴向交点位置靠近像面探测器；得到任意光源半径s1和最优放大率m下不同最外层镜半径r1m和嵌套层数n参数组构成的紧密嵌套高信噪比聚焦镜所对应的所有中子流强数。
17.优选的，系统中相对独立的参数放大率m，通过建立单波长单层准椭球镜结构，对于不同光源半径s1，利用谱仪所需最小波矢转移量qmin约束聚焦镜位置即放大率m，获得不同光源半径s1对应的最佳聚焦位置，根据谱仪需求优先确定聚焦镜位置。
18.优选的，通过可变尺寸的物面光源和可移动的样品光阑实现最大化样品处中子流强下的紧密嵌套高信噪比聚焦镜的结构设计，聚焦镜中相邻之间的类椭球镜相互靠近且完全不遮挡类椭球镜上的入射和反射中子，保证每层类椭球镜之间直穿中子不入射到样品4上。
19.本发明与现有技术相比，其有益效果是：(1)充分结合中子超镜磁控溅射技术和薄圆柱玻璃基板集成装配技术，在结构上提出并实现了高精度轻质金属芯轴11-镀有中子超镜的锥面近似薄镜片8-高粘度环氧树脂胶9-高精密石墨条10的复合聚焦结构，使大m值超镜和多层嵌套耦合的系统可用于中子高效聚焦，为基于小型源的小角散射谱仪同时满足高
增益和高分辨率打下基础；(2)在满足谱仪精度的前提下，充分考虑谱仪应用实际条件中的可变尺寸光源1和宽谱后对聚焦结构进行优化设计，可以实现最大化样品4处中子流强，弥补了传统理想点光源、单能中子系统设计的不足，聚焦结构同时满足紧密嵌套和高信噪比；(3)提供了由可优化参数及外部输入条件组成的锥面近似准椭球镜焦斑理论半径公式及其推导思路，并通过系统放大率与聚焦镜位置之间优化，提供谱仪所需最佳聚焦镜位置的设计思路，为中子光学系统设计提供了一种完整的新型设计方法；(4)利用光线追迹法高精度模拟在点光源和面光源下聚焦中子束流在焦面的强度分布情况，同时对于基于面光源的设计结果，模拟出了最优光源尺寸下聚焦镜的能谱增益，为中子聚焦系统提供了一种更完善的性能模拟评价体系。
附图说明
20.图1为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的系统原理及设计示意图；
21.图2为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的嵌套式全环形准椭球聚焦系统结构图；
22.图3为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的嵌套式全环形准椭球聚焦系统设计方法的流程图；
23.图4为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的cphs小角中子散射谱仪在不同模式不同光源尺寸下所需的最小波矢转移量qmin图；
24.图5为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的2021年5月实测cphs在240w下波谱图；
25.图6为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的利用中子超镜磁控溅射技术沉积的m＝3ni/ti超镜理想近似反射率曲线图；
26.图7为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的cphs谱仪在不同光源半径下被所需最小波矢转移量qmin约束聚焦镜位置l1，单波长单层锥面近似准椭球镜达到最大流强时的聚焦镜位置及cphs谱仪聚焦镜所选最优位置l1；
27.图8为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的基于点光源聚焦时具有理想镜面面形的焦斑强度分布及其圈入能量比例，焦斑图中由外向内三个虚线圈分别对应100％、90％和50％圈入能量图；
28.图9为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的基于面光源(s1＝1、2.5、5、10、15、20mm)聚焦时具有理想镜面面形的焦斑强度分布及不同圈入能量(50％、90％、100％)半径图；
29.图10为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的左图为在不同光源半径时有无聚焦镜情况下流强if和相应增益；右图为在不同光源半径时聚焦镜qmin曲线及其是否满足特定qmin图；
30.图11为根据本发明的基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统的在光源半径为最优值时(s1＝15mm)对不同中子波长在有无聚焦镜时的中子流强if及相应增益图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.小角中子散射谱仪依托清华大学微型脉冲强子源，其具有可变尺寸物面光源1和宽谱特性。
33.参照图1-11，一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，包括：物面光源1、设置于物面光源1一侧的聚焦镜2、设置于聚焦镜2一侧的样品光阑3、设置于样品光阑3中的样品4及设置于样品光阑3一侧的像面探测器5；聚焦镜2包括芯轴11及均匀固定于芯轴11外表面一圈的多个镜面组件，每个镜面组件之间间隔设置；如图1-图2所示，光源1发出的中子束流6经过镀有中子超镜的聚焦镜2聚焦并利用样品光阑3阻挡未经反射的中子后，中子束流6打在样品4上发生小角中子散射后的环形样品散射信号被像面探测器5接收，未发生散射的中子形成聚焦焦斑7，聚焦镜2靠近物面光源1的一侧面上设置有碳化硼遮光板12，该聚焦镜2通过碳化硼遮光板12提高系统信噪比。
34.进一步的，该镜面组件包括多层全环形六扇区四段锥面拼接的类椭球镜8，多个类椭球镜8之间通过五根石墨条10支撑并用环氧树脂胶9固定。
35.一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统设计方法，包括以下步骤：
36.s1、根据小角散射谱仪的建设要求及聚焦复合结构，确定谱仪聚焦系统的可优化参数及外部输入条件；
37.s2、建立谱仪聚焦系统几何模型，将几何模型建模参数添加到几何模型相应位置，获得可优化谱仪聚焦系统基础模型；将表1几何模型建模参数表中参数添加到几何模型相应位置，获得可优化谱仪聚焦系统基础模型；
38.表1几何模型建模参数表
[0039][0040][0041]
其中a、b、xni、分别为椭球半长轴和半短轴、最内层直穿中子束内测与最外层
反射中子束外侧轴向交点位置、单位时间单位面积光源的单位波长在单位立体角出射的中子数；
[0042]
s3、根据现有基础模型通过焦斑公式推导和放大率优化并基于紧密嵌套及高信噪比结构原则，多参数遍历计算出聚焦镜2不同参数组在不同系统输入参数下所对应的全部中子流强数据；
[0043]
s4、找到最大中子流强对应的参数组及对应的最优系统输入参数光源半径s1和放大率m，作为小角中子散射谱仪的设计参数；表2显示cphs谱仪聚焦系统的设计参数，以此作为cphs小角中子散射谱仪的设计参数，形成图2的镀有m＝3ni/ti超镜的十层嵌套全环形六扇区四段锥面近似准椭球聚焦镜；
[0044]
表2cphs谱仪聚焦镜系统设计参数表
[0045][0046]
s5、根据最优参数建立谱仪聚焦系统的完整模型，利用光线追迹法对该聚焦系统进行性能模拟以表征其高增益和高分辨率的特征。
[0047]
进一步的，步骤s1中可优化参数包括物像距、放大率、入射中子波谱、镜面镀制材料及临界反射率、光源尺寸、发散角、最小波矢转移量、镜半径、嵌套层数、镜长及遮光面积比例，确定其中的外部输入条件用于聚焦系统基础模型建立，确定其中的可优化参数用于多参数优化。
[0048]
进一步的，步骤s3中在面光源1-锥面近似准椭球镜2-像面5系统中，定义随机光源出射点(x1,s1)以角度θ1入射到随机镜面反射点(x
1p
,r
1p
)，掠入射角和掠出射角为θ
in
和θ
out
，镜片倾斜角θ2，利用几何光学可得像面探测点(x2,p1)中p1与放大率m、光源半径s1、镜参数关系如下：
[0049][0050]
其中l
1p
、l
2p
、r
1r
、r
1f
分别为反射点到物面像面的轴向距离、镜前后端半径，函数f可进一步通过椭球面和锥面斜率差简化，得p1近似公式
[0051]
该公式完全由可优化参数及外部输入条件决定；
[0052]
放大率m在嵌套共轴共焦系统中是一个对于相对独立的参数，通过建立单波长单层锥面准椭球镜结构的简化模型，利用流强公式
[0053]
及图4中谱仪在不同模式下被所需最小波矢转移量qmin约束聚焦镜位置l1(即放大率m)，也就是在该镜结构qmin不超过所需qmin的前提下，该单波长单层锥面准椭球镜达到最大流强时的位置，如图7所示，cphs谱仪聚焦镜2所选最优位置l1为4000mm，即聚焦镜2位于物像正中间，为后续多参数遍历计算提供前提条件；
[0054]
在多参数遍历计算过程中，首先确定聚焦镜最外层半径r1m，由外向内依次推导各层参数，r
1m
选取范围由掠入射角θ(θ＝θc＝mλ)确定，该范围包括仅接收最远的离轴光源点的最大波长中子到接收任意光源源点任意波长的所有中子，对于cphs谱仪，大多数快中子无法被镜面反射，以上中子被更广泛地采用，如s1采取5mm，则r1m≈60mm
–
194mm，由于光源半径s1所带来的影响被考虑在内，为充分利用入射中子和抑制未反射中子，需要在面光源1基础上，遵循两项结构准则，一是对于任意光源半径s1，相邻层应尽可能靠近且完全不遮挡反射镜8上的入射和反射中子，此时会有部分中子不反射而直接穿过嵌套层，因此准则二是与样品4相接的样品光阑3完全遮挡这些直穿中子，即样品光阑3和样品4轴向位置需比最内层直穿中子束内测与最外层反射中子束外侧轴向交点位置xni更靠近探测器5，以保证直穿中子不入射到样品4上而降低信噪比，样品光阑3位置同时受到图4最小波矢转移量qmin的约束，由此便可确定满足谱仪精度需求下最多嵌套层数n，利用集光面积和流强公式：
[0055][0056][0057]
对于小角中子散射谱仪，rq(q)通常用来表示在某掠入射角θ下不同波长中子的反射率，rq(q)无法直接转化为r
λ
(λ)，因此归一化密度分布函数d(θ)被引入，r
λ
(λ)可被表示为
[0058][0059]
其中d(θ)
·
dθ表示在掠入射角θ～θ+dθ内的入射中子比例，进而可以得到在最优放大率m和任意光源半径s1下不同最外层镜半径r
1m
和嵌套层数n参数组构成的紧密嵌套高信噪比聚焦镜1所对应的所有中子流强数据。
[0060]
进一步的，系统中相对独立的参数放大率m，通过建立单波长单层准椭球镜结构，对于不同光源半径s1，利用谱仪所需最小波矢转移量qmin约束聚焦镜位置即放大率m，获得不同光源半径s1对应的最佳聚焦位置，根据谱仪需求优先确定聚焦镜位置。
[0061]
进一步的，通过可变尺寸的物面光源1和可移动的样品光阑3实现最大化样品4处中子流强下的紧密嵌套高信噪比聚焦镜2的结构设计，聚焦镜2中相邻之间的类椭球镜8相互靠近且完全不遮挡类椭球镜8上的入射和反射中子，保证每层类椭球镜8之间直穿中子不入射到样品4上。
[0062]
焦斑强度分布可以反映聚焦质量，本实施例开发了一个相对简单的代码可以以完美的半径和角度将所有镜片8安装在每个石墨条10的顶部，通过建立一个以小角度均匀发
散的虚拟源(点光源或面光源)，以约576000条光线追迹整个聚焦镜2从而获得焦斑图，点光源聚焦评估了圆锥近似和未来镜面面形低中频误差，确定了光学分辨率，面光源聚焦对实验具有指导和评价价值，本实施例的光线追迹均建立在理想镜面面形上，半功率直径(half-power diameter,hpd)是表征光学分辨率的常用参数，大量光线追迹的点阵图可以获得不同圈入能量的直径，如图8所示，基于点光源本实施例聚焦镜2的理想分辨率hpd为1.354mm，与典型的3he管探测器的空间分辨率和大视场相比，该分辨率是可以接受的，碳化硼遮光板12遮挡了石墨条10和各扇区间隙，故本实施例对遮挡区域不进行光线追迹，导致在强度分布中存在真空区域，如图9所示，基于面光源1(s1＝1、2.5、5、10、15、20mm)本实施例聚焦镜2的100％圈入能量半径随s1线性变化，符合p1的理论公式，当s1《2.5mm时，50％、90％和100％圈入能量半径比例增大(即相对强度趋于向外分布)，在引入径向不匹配和扭转引起的实际面形误差时，这种小光源的焦斑强度分布趋势将放大焦斑变形比例，此外，离轴光源点发出的光线可以反射到图8的真空区域，形成一个完整的圆形焦斑7；
[0063]
中子流强if是表征sans装置效率的决定性评价指标，使用碳化硼遮光板12后，聚焦镜2的几何集光面积约为219cm2，大大提高了中子收集效率，通过比较有无聚焦镜2时在相同探测区域上各自的if说明聚焦能力，如图10左图所示，增益随s1的增加而减小，当s1《6mm时(low-q和过渡模式)，if增加了100倍以上，当6mm≤s1《15mm时(部分过渡模式)，if增益达到23-100倍，当15mm≤s1≤20mm时(mid-q模式)，if增益仅为13-23倍，图10右图为不同s1下聚焦镜2的实际qmin，当s1》15mm时，聚焦镜2无法满足特定qmin进而牺牲了探测精度，若要满足特定qmin，样品4和样品光阑3需向光源1方向移动(即增大l3)，而样品光阑3需要阻挡所有直通光束进而不可避免地阻挡了部分外层反射中子束，也就是为保证探测精度需要牺牲中子流强；
[0064]
能谱增益可以体现对cphs宽谱的聚焦能力。在s1为最优的15mm时，本实施例模拟了有无聚焦镜2时的if和相应增益，需要指出的是图11中if绝对值取决于波长的间隔步长，图11(为了更好地比较，图中没有聚焦镜2的if被放大了10倍)表明，本实施例聚焦镜2能有效抑制快中子，实现高信噪比，能反射更多冷中子，实现高增益，当增益达到饱和时，冷中子可以被完全反射，本实施例对中子波长为的有效集光面积约为186cm2，可以达到83倍的流强增益，表现出优异的中子聚焦能力。
[0065]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0066]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，包括：物面光源(1)、设置于物面光源(1)一侧的聚焦镜(2)、设置于聚焦镜(2)一侧的样品光阑(3)、设置于样品光阑(3)中的样品(4)及设置于样品光阑(3)一侧的像面探测器(5)；聚焦镜(2)包括芯轴(11)及均匀固定于芯轴(11)外表面一圈的多个镜面组件，每个镜面组件之间间隔设置；聚焦镜(2)靠近物面光源(1)的一侧面上设置有碳化硼遮光板(12)，该聚焦镜(2)通过碳化硼遮光板(12)提高系统信噪比。2.如权利要求1所述的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，该镜面组件包括多层全环形六扇区四段锥面拼接的类椭球镜(8)，多个类椭球镜(8)之间通过五根石墨条(10)支撑并用环氧树脂胶(9)固定。3.如权利要求1-2所述的任一的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、根据小角散射谱仪的建设要求及聚焦复合结构，确定谱仪聚焦系统的可优化参数及外部输入条件；s2、建立谱仪聚焦系统几何模型，将几何模型建模参数添加到几何模型相应位置，获得可优化谱仪聚焦系统基础模型；s3、根据现有基础模型通过焦斑公式推导和放大率优化并基于紧密嵌套及高信噪比结构原则，多参数遍历计算出聚焦镜(2)不同参数组在不同系统输入参数下所对应的全部中子流强数据；s4、找到最大中子流强对应的参数组及对应的最优系统输入参数光源半径s1和放大率m，作为小角中子散射谱仪的设计参数；s5、根据最优参数建立谱仪聚焦系统的完整模型，利用光线追迹法对该聚焦系统进行性能模拟以表征其高增益和高分辨率的特征。4.如权利要求3所述的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，步骤s1中可优化参数包括物像距、放大率、入射中子波谱、镜面镀制材料及临界反射率、光源尺寸、发散角、最小波矢转移量、镜半径、嵌套层数、镜长及遮光面积比例，确定其中的外部输入条件用于聚焦系统基础模型建立，确定其中的可优化参数用于多参数优化。5.如权利要求4所述的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，步骤s3中参数遍历计算过程还包括以下步骤：确定聚焦镜最外层半径r1m，由外向内依次推导各层参数，r1m选取范围由掠入射角确定，且r1m范围包括仅接收最远的离轴光源点的最大波长中子到接收任意光源源点任意波长的所有中子；在物面光源(1)的基础上，对于任意光源半径s1，相邻层应尽可能靠近且完全不遮挡类椭球镜(8)上的入射和反射中子，会有部分中子不反射而直接穿过嵌套层；与样品孔径相接的样品光阑(3)完全遮挡这些直穿中子，即样品光阑(3)和样品(4)轴向位置需比最内层直穿中子束内测与最外层反射中子束外侧轴向交点位置靠近像面探测器(5)；得到任意光源半径s1和最优放大率m下不同最外层镜半径r1m和嵌套层数n参数组构成的紧密嵌套高信噪比聚焦镜(2)所对应的所有中子流强数。6.如权利要求5所述的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，系统中相对独立的参数放大率m，通过建立单波长单层准椭球镜结构，对于不同光源半
径s1，利用谱仪所需最小波矢转移量qmin约束聚焦镜位置即放大率m，获得不同光源半径s1对应的最佳聚焦位置，根据谱仪需求优先确定聚焦镜位置。7.如权利要求6所述的一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统，其特征在于，通过可变尺寸的物面光源(1)和可移动的样品光阑(3)实现最大化样品(4)处中子流强下的紧密嵌套高信噪比聚焦镜(2)的结构设计，聚焦镜(2)中相邻之间的类椭球镜(8)相互靠近且完全不遮挡类椭球镜(8)上的入射和反射中子，保证每层类椭球镜(8)之间直穿中子不入射到样品4上。

技术总结
本发明公开了一种基于中子超镜的嵌套式全环形准椭球聚焦系统及设计方法，包括：物面光源、设置于物面光源一侧的聚焦镜、设置于聚焦镜一侧的样品光阑、设置于样品光阑中的样品及设置于样品光阑一侧的像面探测器；聚焦镜包括芯轴及均匀固定于芯轴外表面一圈的多个镜面组件，每个镜面组件之间间隔设置；聚焦镜靠近物面光源的一侧面上设置有碳化硼遮光板，该聚焦镜通过碳化硼遮光板提高系统信噪比。根据本发明，同时实现高增益和高分辨率，所设计的新型聚焦系统可以满足小型加速器中子源的小角中子散射谱仪应用需求。角中子散射谱仪应用需求。角中子散射谱仪应用需求。


技术研发人员：张众 王占山 宋文韬 余俊 王昆 伊圣振 黄秋实
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/10/11