Montecarlo Simulation of the thermal neutron reflectometer with horizontal sample geometry for surface characterization of nanostructured thin films

나노 박막의 표면분석을 위한 열중성자 기반 수평형 반사율 장치의 몬테카를로 시뮬레이션

The horizontal reflectometer, which uses a neutron beam in the reactor, provides scientists a set of unique tools offering destruction-free investigation of biological membranes in the native-like environments in nano-meter scale. As an intial stage for the development of the first Korean neutron reflectometer with a horizontal sample geometry, we performed the instrumental simulation using MCSTAS, Monte Carlo Simulations of Triple Axis Spectrometers for neutron ray-tracing simulation. The results indicated that modeling of the overall instrument geometry based on the thermal neutron source with a wavelength of 2.55 $2.5{\AA}$ at HANARO was successfully performed, and further the optimization of the individual components of the instrument, including the collimator, monochromators, filter and supermirror has been made.

원자로의 중성자 빔을 사용하는 수평형 반사율 장치는 중성자 고유의 투과성 및 낮은 에너지의 비파괴성과 함께 시편을 수평으로 놓을 수 있는 장점을 가지고 수 나노미터 이내의 박막의 두께와 밀도를 측정하기 위하여 활용되는 새로운 장치이다. 원자력연구소에 열 중성자를 기반으로 개발을 추진하고 있으나, 아직 국내에 설치되어 있지 않아서 장치의 개념 및 최적화를 위한 시뮬레이션이 시급하다. 따라서 열중성자에 해당하는 $2.5{\AA}$를 기반으로 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하는 MCSTAS를 이용하여 장치의 개념을 설계하였다. 단색기와 collimator, 그리고 초거울등의 설계 및 각 변수들은 설계의 목표인 최대 Flux를 갖는 중성자 빔 세기를 고려하여 결정하였다.