超冷中子在波纹表面上的漫散射模型

镀有镍-磷的金属管因其易于制造而被广泛用于许多使用超冷中子（UCN）的基础物理实验中。这些管子通常被抛光至平均粗糙度为 25–150 nm。然而，目前尚无能准确描述 UCN 在均方粗糙度大于 5 nm 的此类粗糙导向表面上的散射模型。因此我们建立了一种 UCN 散射模型，其中尺寸大于 UCN 波长的随机表面波纹的散射由微面双向反射分布函数模型（mf-BRDF 模型）描述，而更小结构的散射由朗伯余弦定律（Lambert 模型）描述。对于表面波纹，我们使用原子力显微镜在导向管样品上测得的表面斜率统计分布作为模型输入。该模型用于描述在 J-PARC 脉冲式 UCN 源上进行的 UCN 传输实验。在这些实验中，发散角准直至小于 $\pm 6^{\circ}$ 的 UCN 束以斜角入射到均方粗糙度为 6.4 nm 至 17 nm 的导向管中，并在改变入射角的同时测量 UCN 输运性能及其飞行时间分布。mf-BRDF 模型与散射概率 $p_{L} = 0.039\pm0.003$ 的 Lambert 模型相结合很好地复现了实验结果。因此我们建立了一套评估表面粗糙度约为 10 nm 的 UCN 导向管特性的方法。