中子自旋翻轉

中子自旋翻轉（Neutron spin flipping，或Neutron spin reversing）是指中子自旋方向發生重新取向。這個過程通常在對中子進行極化時藉助於引導場完成，相關的裝置稱為中子自旋倒相器（Neutron spin flipper）。

基本解釋

在極化中子的套用中，通常需要對極化過的中子的自旋進行操作，來得到不同極化方向的極化中子束，經典理論解釋是通過將中子束的極化矢量方向旋轉某個角度，通常為180度、90度等。從原理來上說實現中子束極化矢量改變主要依據中子自旋磁矩在外磁場中的拉莫爾進動原理，其實現方式主要有3種：

①絕熱(adiabatic)：當外磁場B的方向足夠慢地進行變化，其方向改變角速度遠小於中子極化矢量繞磁場B作拉莫爾進動角速度時，中子束極化矢量將傾向於平行外磁場B的方向，最終外磁場B的方向改變導致了中子自旋在空間方向上的翻轉。此種方式通常翻轉白光中子。

② 突變(abrupt)：當外磁場B方向改變角速度遠大於中子極化矢量繞磁場B作拉莫爾進動角速度時，中子束極化矢量將傾向於保持原來方向，磁場最終的方向改變意味著中子自旋方向相對於外磁場方向的翻轉（見下圖）。此種方式通常翻轉白光中子。

③ 共振(resonance)： 中子束通過具有磁場B的長度為L的區域時，由於中子自旋繞磁場B作拉莫爾進動，如果中子運動速度v滿足下式：L/v = (2n-1)π/ω。式中n為正整數，ω為拉莫爾進動頻率。當中子達到磁場區域邊界時，其極化矢量(自旋)方向將相對於原來方向發生π/2整數倍的翻轉。由於此方式與中子速度相關，主要用來翻轉單色波長中子。

相關裝置

有許多裝置可實現有效的中子自旋翻轉“自旋倒相器”：

① Drabkin倒相器（共振式與突變式結合)。一種π倒相器，對有限尺寸的白光束有用，已在英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室的散裂源ISIS的反射儀SURF、CRISP上得到使用。該裝置中，由於徑向磁場的離軸導致較低的翻轉效率。另外，僅對比較薄的中子束有用，束中沒有材料。

② Mezei倒相器（共振式）。Mezei倒相器使用非絕熱的90°場變化使中子束的極化方向投射到任意的磁場軸向上，對單色中子束有用。

③ 絕熱快速通道（AFP）倒相器（絕熱式）。通過以逐漸增加的角速度沿一個靜態磁場B旋轉，將降低磁場，然後使之消失（當旋轉以拉莫爾頻率進行時）並使之翻轉。射頻磁場以一個很定的頻率，引導場從高往低掠過，並與射頻場共振，然後產生一個有效場使自旋翻轉。