ДН-12

Ответственный за установку

Зель Иван Юрьевич
тел. +7 (49621) 6-49-69
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Основные направления исследований

1. Кристаллическая и магнитная структура функциональных материалов под высоким давлением;
2. Структурные и магнитные фазовые переходы под высоким давлением;
3. Динамика водородосодержащих соединений под высоким давлением;
4. Исследования малых объемов образцов методом нейтронной дифракции в широком диапазоне температур.

Общий вид установки

Окружение образца

Описание установки

В последнее время наблюдается значительный прогресс в исследованиях материалов при воздействии экстремальных условий. Воздействие высокого давления зачастую приводит к возникновению новых физических явлений в материалах, среди которых - индуцированная давлением сверхпроводимость, разнообразные изменения магнитных состояний, переходы диэлектрик-металл, спиновый кроссовер, структурные и электронные фазовые переходы. Кроме того, исследования при высоких давлениях открывают уникальные возможности изучения микроскопических механизмов формирования физических явлений в функциональных материалах в результате анализа отклика различных свойств на изменение структурных параметров при сжатии кристаллической решетки. Природа взаимодействия нейтронов с веществом определяет ряд преимуществ нейтронной дифракции перед соответствующими рентгеновскими методами в структурных исследованиях: высокая чувствительность к положениям в кристаллической структуре легких атомов, таких как водород и кислород, особенно в условиях структурного беспорядка; возможность исследования магнитных структур материалов; высокая проникающая способность. В Лаборатории нейтронной физики им. И.М.Франка Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна, Россия) на высокопоточном импульсном реакторе ИБР-2 уже более четверти века лет успешно развиваются экспериментальные методы и техника нейтронных исследований при высоких давлениях. В середине 1990-х совместно с сотрудниками НИЦ “Курчатовский институт” на ИБР-2 был создан специализированный спектрометр ДН-12 для проведения исследований с помощью методов нейтронной дифракции, неупругого некогерентного рассеяния нейтронов и камер высокого давления с сапфировыми наковальнями в диапазоне до 7 ГПа. Этот дифрактометр является одной из немногих установок в мире, позволяющих проводить такие исследования, при этом в экспериментах используются образцы рекордно малого объёма.

Нейтронный дифрактометр ДН-12 состоит из следующих основных компонентов: барабанный прерыватель пучка нейтронов для улучшения фоновых условий на исследуемом образце; изогнутый нейтроновод на суперзеркалах в вакуумированном кожухе длиной 26 м; система коллимации пучка; кольцевая детекторная система в защитном кожухе; электронная система управления, регистрации и обработки нейтронных данных. Для создания низких температур на образце используется гелиевый рефрижератор замкнутого цикла, позволяющий проводить нейтронные эксперименты в диапазоне температур 10-300 К. В данный момент времени, для спектрометра ДН-12 разрабатывается система охлаждающихся магнитов на сверхпроводящих обмотках. Эта система позволит проводить эксперименты при магнитных полях до 5 Тл и низких температурах до 10 К с камерами высокого давления с сапфировыми наковальнями.

Для проведения экспериментов при высоких давлениях на установке ДН-12 используются различные типы компактных камер высокого давления с наковальнями из монокристаллического сапфира. Эксперименты на дифрактометре проводятся в аксиальной геометрии, когда падающий коллимированный пучок нейтронов проходит сквозь наковальню из монокристалла сапфира и рассеивается на образце. Рассеянные нейтроны регистрируются отдельно каждым из счетчиков детекторного кольца. Горизонтальный криостат на основе гелиевого рефрижератора замкнутого цикла используется для низкотемпературных экспериментов в диапазоне 5-320 К. Конструкция криостата обеспечивает возможность охлаждения камер высокого давления как с сапфировыми, так и с алмазными наковальнями. Камера высоких давлений загружается в криостат, что позволяет детально исследовать структуры и магнитные фазовые диаграммы широкого круга объектов при различных температурах и давлениях.

Основные характеристики

1. Поток нейтронов на образце (при средней мощности реактора 1.5 МВт)	2·10⁶ n/см²/с
2. Расстояния: замедлитель-образец образец-детектор	26.0 m 0.4 m
3. Диапазон: длин волн углов рассеяния	0.8 – 10 Å 45° – 135°
межплоскостных расстояний	0.6 – 12 Å
4. Разрешение (Δd/d , d = 2 Å): для 2θ = 90° для 2θ = 135° для 2θ = 45°	0.022 0.022 0.03
5. Телесный угол детекторной системы	0.125 s
6. Объем образца	0.5 – 3 mm³
7. Диапазон давлений:	0 – 8 GPa
8. Диапазон температур	10 – 320 К

Окружение образца

Криостат на базе гелиевого рефрижератора замкнутого цикла позволяет проводить нейтронографические эксперименты в диапазоне температур 10 - 320 К.

Камеры высокого давления, основанные на технологии сапфировых наковален, позволяют проводить нейтронографические эксперименты при высоких давлениях до 9 ГПа.

Охлаждаемый бериллиевый фильтр дает возможность измерять неупругое некогерентное рассеяние нейтронов при высоких давлениях, что необходимо для исследования динамики атомов в кристаллах.

Публикации:

P. Kozlenko, S.E. Kichanov, E.V. Lukin, B.N. Savenko “High-Pressure Neutron Diffraction Study of the Crystal and Magnetic Structure of Materials at the Pulsed Reactor IBR-2: Current Opportunities and Prospects” Crystallography Reports, 66, 2, 303-313 (2021)
P. Kozlenko, E. Burzo, P. Vlaic, S. E. Kichanov, A. V. Rutkauskas & B. N. Savenko “Collapse in ErCo2:Beyond the Limits of Itinerant Electron Metamagnetism” Sci. Rep. 5, 8620 (2015)
M. Belozerova, S.E. Kichanov, Z. Jirák, D.P. Kozlenko, O. Kaman, E.V. Lukin, B.N. Savenko “The crystal and magnetic structure of nanostructured manganite La0.53Sr0.47MnO3 at high pressure”, Materials Chemistry and Physics, 262, 124310 (2021)
Kozlenko D. P., Kichanov S. E., Lukin E. V., Dang N. T., Dubrovinsky L. S., Liermann H.-P., Morgenroth W., Kamynin A. A., Gridnev S. A., and Savenko B. N. “Pressure-induced polar phases in relaxor multiferroic PbFe0.5Nb0.5O3” Physical Review B, 2014, v.89, p.174107.