散裂中子源靶站谱仪的物理设计

中子散射广泛地应用于凝聚态物质研究和应用的众多学科领域,是研究物质微观结构和动态的理想工具之一.散裂中子源能是新一代的加速器基脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章重点介绍了散裂中子源项目CSNS中靶站和谱仪的建设内容和设计工作的进展.     

中国散裂中子源靶站重要部件的辐照损伤计算与分析

本文采用高能粒子输运程序MCNPX 2.5.0,对中国散裂中子源(CSNS)靶站重要部件所使用的钨、SS316不锈钢与Al-6061等材料,由于中子与质子辐照所引起的损伤能量截面与原子离位截面进行了计算,对钨靶体、靶的不锈钢容器、慢化器与反射体的铝容器等部件的辐照损伤量——原子离位次数(displacement per atom,DPA)进行了计算与分析,并给出了质子束斑形状对靶体及靶容器DPA峰值的影响. 这些计算与分析对正在建设的中国散裂中子源靶站的设计及参数选择具有重要的实际意义. 关键词： 中国散裂中子源 损伤能量截面 原子离位截面 DPA     

散裂中子源靶站谱仪的物理设计

中子散射广泛地应用于凝聚态物质研究和应用的众多学科领域,是研究物质微观结构和动态的理想工具之一.散裂中子源能是新一代的加速器基脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章重点介绍了散裂中子源项目CSNS中靶站和谱仪的建设内容和设计工作的进展.     

散裂中子源与中子散射

文章介绍了散裂中子源的物理基础、中子散射用散裂中子源对加速器的要求和靶系统的特点，阐述了利用散裂源，尤其是脉冲散裂源进行了散射实验的主要优点，并对我国建造散裂中子源的发展战略提出了建议。     

中国散裂中子源的多学科应用

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)是我国首台、世界第4台脉冲型中子大科学设施。CSNS基于加速器产生的高能质子轰击钨靶产生中子,然后利用中子进行实验。CSNS面向全世界的用户开放,为科学研究和工业研发服务,在物理、化学、生物、能源、材料等领域都有广泛的应用。文章将介绍CSNS的基本构成、发展历程和中子散射的多学科应用。     

第一讲中子散射与散裂中子源

中子散射是研究物质微观结构和动态的理想工具之一,广泛地应用于凝聚态物质研究和应用的众多学科领域.散裂中子源能是新一代的加速器基脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章简明地介绍了中子散射的特点和它作为物质结构和动态探针的优越性,以及散裂中子源的基本原理、发展状况和多学科的应用优势.我国计划建设的散裂中子源CSNS中,靶站将由多片钨靶、铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成.质子束功率100kW下,脉冲中子通量约为2.4×1016n/cm2/s.第一期将设计建造高通量粉末衍射仪、高分辨粉末衍射仪、小角散射仪、多功能反射仪和直接几何非弹性散射仪等五台典型的中子散射谱仪,以覆盖大部分的中子散射研究领域.     

中国散裂中子源简介

一、中子散射1932年,查德威克发现了中子,人们认识到原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。当一束中子入射到所研究的对象上时,与研究材料中的原子核或磁矩发生相互作用,被散射出来,通过测量散射出来的中子能量和动量的变化     

中国散裂中子源多功能反射谱仪屏蔽设计

本文介绍了利用蒙特卡罗粒子输运程序MCNPX2.5.0进行中国散裂中子源多功能反射谱仪屏蔽设计的屏蔽需求、辐射源项、计算方法和设计结果等内容.在计算中考虑慢化器泄漏源项、中子导管损失源项等不同辐射源项,使用分步计算和源项角度偏移、源项能量偏移、几何分裂等多种减方差方法,在保证计算结果精度的同时提高计算速度.在谱仪束线传输段、第二中子开关、散射室等的屏蔽计算中,通过比较了不同条件下的所需屏蔽确定最终屏蔽设计,确保谱仪屏蔽外人员可到达区域的剂量低于安全限值2.5μSv/h.     

中国散裂中子源快循环同步加速器主剥离膜设计

设计了中国散裂中子源(CSNS)快循环同步加速器(RCS)注入区的主剥离膜装置。为降低研制难度和成本,提高运行可靠性,选择了回转体式的结构。根据在线可调性、高稳定性、高定位精度和超高真空等技术难点,给出了CSNS/RCS主剥离膜的具体结构方案和控制方案。利用ANSYS有限元分析软件和材料力学原理,对设备的核心部件不锈钢同步带进行了模拟计算和理论分析。     

中国散裂中子源磁铁系统和样机研制

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source, CSNS)快循环同步加速器(Rapid Cycling Synchrotron, RCS)磁铁由24块二极磁铁、48块四极磁铁、16块六极磁铁和若干斜四极磁铁以及校正磁铁组成, 其中二极磁铁和四极磁铁是带直流偏置的25Hz正弦交流励磁, 铁芯和线圈导体将产生不可忽视的涡流效应. 为了积累批量生产磁铁的制造经验, 探索磁铁后期处理和磁场测量方法, 已完成了中空水冷铝绞线试样线圈的研制, 启动了二极磁铁和四极磁铁样机的研制. 本文将对相关进展进行介绍.     

散裂中子源多学科应用研讨会简讯

2004年“散裂中子源多学科应用研讨会”由中国高等科学技术中心、中国科学院物理研究所散裂中子源设计组共同主办，于2004年8月4日—6日在北京中国科学院物理研究所召开．中国科学院白春礼副院长写信祝贺会议的召开；中国高等科学技术中心叶铭汉院士和中国科学院基础科学局张杰院士主持会议；洪朝生院士、梁敬魁院士、范海福院士、王震西院士、张焕乔院士、解思深院士等出席了会议；中国科学院有关部门领导和中国科学院物理研究所领导莅临会议指导．     

中国散裂中子源在大气中子单粒子效应研究中的应用评估

由于缺少可用的散裂中子源,多年来我国在大气中子单粒子效应方面主要依靠模拟仿真和单能中子试验的方式开展研究.随着中国散裂中子源(CSNS)通过国家验收,基于CSNS开展大气中子单粒子效应研究成为可能.本文利用CSNS反角白光中子源开展多款静态随机存取存储器器件的中子单粒子效应试验,并与早期开展的高原大气试验结果进行对比,对CSNS在大气中子单粒子效应研究中的应用进行评估.结果表明,相同器件在CSNS反角白光中子源测得的单粒子翻转截面小于大气试验的结果,且不同器件的翻转截面与特征尺寸没有明显的单调关系.分析得到前者由于CSNS反角白光中子谱偏软;后者由于特征尺寸降低导致的临界电荷变小和灵敏体积变小对截面的贡献是竞争关系.针对截面偏小的问题,根据能谱差异分析了中子能量阈值对器件翻转截面的影响,发现能量阈值取12MeV进行计算时,器件在CSNS反角白光中子源和高原大气中子环境中能够得到较一致的截面.研究结果表明CSNS反角白光中子源能够用于加速大气中子单粒子效应试验.考虑到CSNS的运行功率正在逐步提高,且多条规划中的白光中子束线与大气中子能谱更为接近,预期未来CSNS将能更好地应用于大气中子单粒子效应研究.     

中国散裂中子源4K低温恒温器研制及测试

中国散裂中子源(CSNS)中子谱仪的运行离不开低温设备提供的低温样品环境,考虑到中子散射的特殊性,样品处不能放置温度计,所以需要对样品温度进行校核。校核结果显示部分低温恒温器样品座测点温度与实际样品温度存在差值。针对该问题,对样品区域进行热工分析及建模求解后,给出了样品区匀温恒温器设计方案。据此CSNS样品环境组设计组装了一套匀温恒温器,该恒温器的温度测试结果显示,4～300 K之间样品温度与测点温度差值在±3 K之内,另外也对300～800 K之间减少样品温差的方案进行了计算和测试。样品区匀温恒温器的研制满足了CSNS对样品测温准确的要求,也对类似设备的匀温方案提供了一定参考,有助于大科学装置设备的国产化。     

中国散裂中子源反角白光中子源T0信号的精确扇出方法

反角白光中子源位于中国散裂中子源(CSNS),是以不同中子能量下的核数据测量为目标的大型物理实验装置,中子的能量是通过中子飞行时间(TOF)来获取的.实验中,将质子束流轰击钨靶的时刻作为TOF的起始时刻(T0),相应的电子学信号被用于触发整个电子学系统的运行.为了保证TOF测量的准确性和电子学系统各通道采集的同步性,需...     

中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源（CSNS）铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。     

中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源（CSNS）铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。     

散裂中子源耦合慢化器的中子学研究

利用蒙特－卡罗方法研究了散裂中子源中耦合慢化器的中子学特性。给出了冷中子与热中子慢化器的中子能谱。甲烷慢化器提供了性能非常好的冷中子，在低功率的散裂中子源中得到了应用。计算了慢中子引出的角分布。由于较低的氢密度，液态氢的漫化能力低于水与液态甲烷，但是可以通过增加预慢化器来弥补这一问题。2cm厚的水预慢化器层可以大约减少热量在低温慢化器中的热量沉积33％而不破坏中子特性。     

中国散裂中子源小角中子散射谱仪探测器研制

中子小角散射探测器是小角散射（SANS）谱仪的关键设备之一,探测器要求有足够大的探测面积、较高的探测效率及较好的空间分辨率,能够在真空腔中稳定地工作并可在腔体内前后移动。综合考虑,SANS探测器采用120只8 mm直径位置灵敏3He管,组成有效面积1 000 mm（X）×1 020 mm（Y）的二维探测器阵列。探测器阵列分为10个模块,每一个模块功能完全独立,包括12只3He管及其对应的读出电子学和数据获取系统。读出电子学位于探测器背面的回字形密闭腔体内,由CSNS电子学组自主研发。SANS探测器从设计、选型、样机、调试到安装历时三年,中子束流实验结果显示探测器探测效率大于50%（@2Å）,空间分辨率好于10 mm（FWHM）,完全达到设计要求,目前正在中国散裂中子源小角散射谱仪运行使用。