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.     

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.     

第二届散裂中子源多学科应用研讨会简讯

散裂中子源是基于质子加速器产生的高能质子轰击重金属靶造成重金属原子散裂从而提供高脉冲中子通量的平台型大科学装置，散裂中子源在众多学科领域，特别是物质科学领域得到了广泛的应用，结合目前正在筹备阶段的北京散裂中子源（BSNS）项目的“第二届散裂中子源多学科应用研讨会”于2005年7月27日—29日在北京中国科学院物理研究所召开。     

中国散裂中子源小角散射谱仪

正作为中国散裂中子源(CSNS)首批建设的三套谱仪之一,小角散射谱仪用于探测物质体系在1~100 nm尺度内的微观和介观结构。它的实验应用范围将涵盖化学、物理、生物、材料、地质等广泛学科,服务于国家能源、环境、生物和新材料等诸多高科技研发领域。中国散裂中子源小角散射谱仪建成后,能为图1所示例的诸多科学探索与技术研发工作,提供必需的实验方法及其技术手段。一、中子散射技术的缘起与现状     

散裂靶中质子束窗的散射效应

 质子束窗是在高功率靶区中的一个分界窗,它将质子输运线上高真空区域和氦容器中的氦环境分开。在其他散裂中子源中质子束窗的热效应以及机械问题都已经被研究过了,但质子束在该窗中散射效应的研究却很少被报导,然而在靶设计中如果没有处理好质子束窗的散射效应会有很大的问题。报导了质子束窗散射效应的模拟计算结果,包括不同质子束窗的材料和结构选择,并以中国散裂中子源（CSNS）为例,介绍了在CSNS一期和二期中质子束窗采用周边水冷的铝合金单层结构,CSNS三期采用中间水冷的铝合金夹层结构。文中给出了不同结构的质子束窗和不同的与靶距离散射效应对靶上经非线性磁铁均匀化的束流分布的影响的模拟计算结果。模拟结果显示质子窗的散射效应对束流损失和靶上的束流分布有重要的影响。     

中国散裂中子源/快循环同步加速器电源系统数字化控制方案

在中国散裂中子源工程中, 需要设计1台1.6GeV快循环同步质子加速器. 加速器的磁铁电源系统驱动9套怀特电路. 这9套电源的输出都是带直流偏置的交流电流源. 在每个重复加速周期内, 电流(磁场)必须保证相位和幅值精度. 数字控制技术的可靠性、温度漂移抑制、高集成性等等使得它在越来越广泛地应用于控制电路的设计中. 为了达到中国散裂中子源电源系统苛刻的指标, 本文提出了一种数字化控制方案.     

北京散裂中子源快循环同步环磁聚焦结构设计

快循环同步环(RCS)是北京散裂中子源(BSNS)的一个重要组成部分, 其物理设计对加速器的性能和造价起到决定性作用. 文章研究了能满足北京散裂中子源~RCS~要求的几种磁聚焦结构, 给出了一个三折结构的详细设计, 并比较分析了其他可供选择的磁聚焦结构.     

中国散裂中子源首次打靶成功

<正>位于广东东莞的中国散裂中子源(CSNS)首次打靶成功,这表明加速器和靶站设计合理,证明了各项设备加工制造与安装调试的高质量和高可靠性。这标志着中国散裂中子源主体工程顺利完工,进入试运行阶段,这是科技领域里的重大里程碑。建成后的CSNS将成为世界第四台脉冲式散裂中子源,在材料科学和技术、生命科学、物理、化学化工、资源环境、新能源等诸多领域具有广泛应用前景。CSNS将是国际前沿的高科技、     

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。     

中国散裂中子源直线射频功率源系统的研制

中国散裂中子源加速器质子束流加速能量为1.6 GeV,重复频率为25 Hz,撞击固体金属靶产生散射中子,一期工程的打靶束流功率为100 kW。直线加速器的设计束流流强为15 mA,输出能量为81 MeV。射频加速和聚束系统包括一台射频四极场加速器、中能束流传输线的两个聚束器、四节漂移管直线加速器加速腔和直线-环束流传输线的一个散束器,与之相对应,共有8个单元在线运行的射频功率源为其提供所需的射频功率。目前,直线射频功率源系统预研项目已全部完成,各项性能参数均已达到设计指标,当前正处在批产安装调试阶段。151013     

第二讲散裂中子源和高功率质子加速器

文章介绍了与散裂中子源相关的高功率（几十千瓦到几兆瓦）质子加速器的发展状况,比较了不同类型的加速器组合的优缺点和它们的应用范围,并着重介绍该类型加速器所研究的主要加速器物理和加速器技术问题,其中很多都是当今国际粒子加速器领域的前沿问题.文中还简单地介绍了中国散裂中子源（CSNS）计划的加速器概念设计方案.     

CSNS射频负氢离子源控制系统研制

为满足中国散裂中子源打靶功率提升需求，加速器采用外置天线射频负氢离子源替换此前使用的潘宁表面负氢离子源，为加速器提供高品质和高稳定的束流。文章主要介绍了基于EPICS软件系统和PLC硬件平台的射频负氢离子源控制系统设计方案和具体实现。针对射频功率源的电磁干扰和高压平台打火造成设备损坏，给出了相应的解决措施。此外，为提高离子源长期运行稳定性，设计了放电室高精度注铯控制程序及打靶功率稳定程序。控制系统自投入运行以来，运行稳定可靠，为离子源的高效运行提供了有力保障。     

封面故事

<正>中国散裂中子源是国家"十一五"期间重点建设的十二大科学装置之首,旨在为我国材料科学技术、物理、化学化工、生命科学、资源环境和新能源等领域的科学研究,提供一个设施先进、功能强大的科研平台。该项目落户广东省东莞市,总投资约23亿元,由中国科学院和广东省人民政府共同建设。2018年3月,中国散裂中子源按期、高质量地完成了工程建     

中国散裂中子源二期双spoke超导腔设计

中国散裂中子源是中国第一台、世界第四台脉冲型散裂中子源,其已于2020年2月达到100 kW功率的设计指标,运行稳定高效,供束效率位于国际前列。中国散裂中子源二期升级方案中总束流功率将升级到500 kW,其中直线加速器段将采用超导加速腔结构,束流能量由80 MeV提高到300 MeV。其中在80～165 MeV能量段采用324 MHz双spoke超导腔,在165～300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell椭球超导腔。采用CST、COMSOL等仿真软件完成324 MHz双spoke超导腔的电磁、机械设计及优化,达到实际运行指标要求。为了提高腔运行的稳定性,在腔的设计中对E_P/E_acc着重进行了优化,使其尽量降低。     

应用MORSE程序计算中子的天空反散射

用中子源模拟粒子加速器，以MORSE程序分析计算由于天空反散射引起的中子剂量当量的变化规律，揭示了天空反散射的实质，计算结果可供加速器或核设施环境评价和防护设计使用．计算模型采用将中子源置于空心圆柱体中，圆柱体分为有顶盖屏蔽和无顶盖屏蔽两种情况．中子源能量分别为2.38MeV、14Mev和巨共振中子．中子源为各向同性．此外，还分析计算了不同的发射立体角和不同散射介质的影响．     

与散裂中子靶物理相关的理论计算程序探讨I薄靶计算

利用中能强流质子加速器形成的散裂中子源作为外加中子源驱动次临界反应堆的洁净核能系统是目前国际上的一个研究热点 .散裂中子源是这个系统的一个重要部分 ,也是一个急需解决的重点.有关散裂靶物理的理论计算程序的建立和基准检验是目前工作的一个重点.The research for intermediate energy proton accelerator driven radiologically clean nuclear power system has attracted considerable attention. The spallation neutron source induced by intermediate energy proton nucleus interaction is a key point and has not solved yet for the transmutation and applications. The theoretical programs related to the spallation neutron source for accelerator driven system (ADS) are discussed at present work.     

中国散裂中子源反角白光中子源束内伽马射线研究

在基于白光中子源的中子核反应测量中,伴随中子束的伽马射线是重要的实验本底之一.本文对中国散裂中子源反角白光中子源的束内伽马射线进行了研究.通过蒙特卡罗模拟,得到了伽马射线的能量分布和时间结构.通过直接测量和间接测量两种方法测得低能中子区的束内伽马射线的时间结构.直接测量实验中,将载6Li的ZnS(Ag)闪烁体探测器置于束流线上,通过飞行时间法直接测量束内的中子和伽马射线的时间结构,并利用波形甄别技术进行粒子鉴别.间接测量法是将铅样品置于束流线上,利用C6D6闪烁体探测器测量样品上的散射伽马射线,从而得到入射伽马射线的时间结构.实验测量结果与模拟结果在12μs—2.0 ms的时间区间内具有较好的一致性.