用中子散射法研究凝聚态物质的新进展

在近２０年间，由于中子源和散射装置的改进，中子散射在凝聚态物质中的应用日益广泛，许多方面是其它（ｘ射线、电子）散射技术无可比拟的。本文在简单评述供散射用的中子源和散射实验技术进展之后，重点介绍中子散射在凝聚态物质研究中的应用。它们包括晶体结构和磁结构的测定、表面、界面和薄膜的表征、测定结构涨落、磁涨落的现代相变研究、畸变、无序系统（包括分形和小角散射）和高分子材料、高Ｔ＿ｃ氧化物超导体的研究，工业上应用也作了简短讨论。     

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.     

铁基超导体中的反铁磁序和自旋动力学

类似于其他非常规超导材料,铁基高温超导电性通常出现在静态长程反铁磁序被抑制之后,并且强烈的自旋涨落始终与超导电性相伴相生,因此理解磁性相互作用是建立铁基超导微观机理的重要前提.中子散射作为研究凝聚态物质中磁性相互作用的有力工具,在揭示铁基超导电性的磁性起源方面起到了关键作用.本文系统总结了近十年来铁基超导材料的中子散射研究结果,包括铁基超导材料中的静态磁结构、磁性相变、动态磁激发、电子向列相等,并探讨它们与超导电性之间的关系.     

非弹性中子散射在稀土钙钛矿研究中的应用

中子散射技术在科学研究中应用的重要性、独特性源自于中子本身的一些基本物理特点:带自旋、不带电荷、与原子核直接发生强相互作用、恰当的质量使其色散关系与一般物质内部的原子振动和磁性振动的元激发相当,以及可用于无损探测的强穿透性等。这些特点决定了中子散射探测技术在科学研究中无可替代的重要地位。经过多年发展,中子散射技术已经成为研究凝聚态物理中材料晶体结构以及磁结构的主要手段。此外由于中子的能量与物质中的元激发,如声子,磁振子等能量相当,中子散射也是研究物质动力学性质不可替代的关键技术。对于磁性材料来说,非弹性中子散射不仅可以研究对称性破缺下磁有序相的自旋波激发,而且可以直接探测无对称性破缺情况下的自旋关联。这对于研究磁阻挫等量子磁体中新奇的量子化自旋激发尤其重要。文章将主要介绍两种常用的非弹性散射谱仪,并结合最近在稀土钙钛矿结构体系中的具体应用,尤其是低维稀土自旋链中的分数化自旋子的激发,重点介绍非弹性散射技术的特色。     

中子散射技术及其应用

热中子的波长和凝聚态物质的原子／分子间距具有相同的量级，而其能量又和原子／分子的热运动能量相近．因此，利用热中子的弹性和非弹性散射效应，可以从微观层次上获取物质的结构和动力学知识。目前，中子散射技术在物理、化学、化工、生物和材料科学等研究领域的应用已经获得了许多用其他方法无法得到的知识，文章介绍了中子散射的基本原理和特点，并列举了中子散射技术在相关研究领域中的典型应用     

中国先进研究堆中子科学平台发展现状及展望

依托中国先进研究堆(CARR)高通量中子源,建成了初具规模的中子科学平台,具备中子散射、中子成像和中子活化分析等多种研究技术。其中,中子散射技术包括中子衍射、小角中子散射及中子反射、非弹性中子散射,可以用于分析材料微观结构和动力学性质;热中子成像和冷中子成像可以用于材料内部缺陷等无损检测;中子活化分析系统可以用于物质内核素成分分析。目前已建成和在建中子谱仪共计19台,并初步配备了样品环境装置,为相关应用研究提供了条件基础,可为我国物理、化学、材料科学、生命科学、能源和环境等领域基础研究及工业应用提供重要技术支撑。CARR中子科学平台始终坚持合作共享对外开放的宗旨,将继续为国内外用户提供优质中子技术,服务基础科学前沿和国家重大创新需求研究。     

裂变链成长初期的统计涨落与临界安全

在裂变材料组成的系统中，外中子源尤其是弱强度外中子源释放中子的时刻是随机的，系统中中子与原子核相互作用是随机的，缓发中子先驱核衰减的随机性，使得从外中子源放出中子时刻开始形成的中子裂变链的初期发展过程具有显著的统计涨落性质。在反应堆中，由于安全的需要，在启动堆的过程中一般应该有中子源存在。统计涨落正比于量值的平方根，而量值一般表现为中子密度n（t）或者输出功率，在反应堆启动阶段是正比于中子源的强度的，所以中子源强度越弱，统计涨落越显著。由于技术原因或者经济原因不能采用强中子源的情况下，研究这个问题具有较大的意义。     

非常规超导体的中子散射研究

非常规超导机理仍然是一个未解之谜,它是凝聚态物理研究的重要课题。非常规超导电性大多发生在磁不稳态附近,所以确定非常规超导体的磁结构和磁激发行为对理解其超导机制非常关键。中子带有磁矩,是探测超导体磁性的有力工具。文章将以本课题组近年来开展的工作为例,介绍几种中子散射技术在研究非常规超导体的晶体结构和磁关联行为以及超导配对对称性方面的应用。     

“强光”1号Z-Pinch实验一维空间分布X-Ray辐射特性

测量零功率堆中子衰变常数α（负λ参数）通常用罗西一磁或随机脉冲源法等。但这些测量方法费时较长，为适应实验需要进行了瞬态测量方法研究。瞬态法负λ测量的特点：需要一个高强度、窄脉冲外中子源（比如说DPF中子源）；测点处有很强的直照中子和散射本底，比被测信号高3个多量级；进行负λ测量时必须对探测器进行屏蔽，为减少屏蔽体体积开展了门控PMT负λ测量技术研究。     

高温超导体的磁激发:探寻不同体系铜氧化合物的共同特征

文章回顾了中子散射在高温超导铜氧化合物磁激发研究中的最新进展．自从铜氧化合物在20年前被发现以后，理解它们超导电性的微观来源一直是凝聚态物理中的核心课题．在传统超导体中，使得电子成对形成超导态的相互作用是以晶格振动（声子）为媒介的、而对于铜氧化合物的超导机理，人们通常认为磁激发可能起到根本的作用，因为超导电性是在可移动的“电子”或“空穴”掺杂到反铁磁母体化合物之后才发生的．文章总结了过去20年来利用非弹性中子散射研究磁激发的关键结果和现状，并指出了将来可能的研究方向．     

热中子散射技术在应用研究方面的前景

热中子散射的研究是从五十年代初期开始的.起初主要是为了反应堆设计的需要,后来人们渐渐地认识到了用中子作为研究凝聚态物质的探针是很有用的.随着核反应堆通量的提高、电子直线加速器束流的增大和测量方法的不断完善,热中子散射的研究与应用得到了发展.迄今中子散射工作大部分属于基础研究。只有一些国家开始了能源和环境保护等的应用研究. 1976年年底在卢布尔雅那举行的关于中子散射应用研究的会议上,专门讨论了中等通量反应堆在材料科学、工业技术及生物学方面的应用,提出了许多新的研究课题[1].看来中子在应用研究方面是很有前途的. …     

稀土元素三角格子体系中的阻挫磁性与量子涨落

稀土元素三角格子阻挫体系在近几年受到了广泛的关注,稀土元素中存在较强的自旋轨道耦合作用,容易形成各向异性的磁相互作用,结合复杂的晶体场结构,可以产生很多新奇的物理性质,实现包括量子自旋液体、内禀量子伊辛磁体和隐藏序在内的一系列新奇量子态。文章以最近的中子散射研究为例,介绍稀土元素三角格子体系中的新奇磁关联与量子涨落现象。     

MuSR技术在凝聚态物理中的应用

缪子自旋弛豫/旋转(MuSR)实验技术利用缪子的自旋,在原子尺度上研究样品内部磁场的静态分布和动态涨落.文章介绍MuSR实验技术在凝聚态物理中的应用,阐述了MuSR在磁性、超导材料中发现的独特信息,包括磁有序、内部磁场分布、具有特定频率范围的自旋涨落,以及在半导体材料中获得杂质的电子状态和位置.这些应用表明MuSR对于...     

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     

中子散射在磁性材料研究中的应用

中子具有天然磁矩,穿透能力强且对轻元素敏感等独特的优势,是目前研究材料中磁结构最有力的工具。发展中子散射技术对开发新型磁性材料和研究磁性物理机理等方面具有重大意义。文章介绍了几种常用的中子散射技术(如粉末衍射、小角散射、反射等),并通过典型的实例来说明它们在磁性材料研究中的具体应用。针对国内介绍中子反射技术的资料相对较少,尤其是极化中子反射技术在精确定量表征薄膜磁性大小和分布方面的研究极度匮乏的现状,文章重点介绍了这一特色技术以及应用实例。     

2.45 MeV小型D-D中子管准直屏蔽结构设计

为获取小角度出射的单能中子源,采用蒙特卡罗软件对小型D-D中子管产生的能量为2.45 MeV的4立体角中子源进行了准直屏蔽结构设计。准直屏蔽结构分为准直器和捕获穴,准直器采用铁+含硼聚乙烯+铅的三层过滤结构,用于屏蔽照射野外杂散中子,捕获穴主要功能是增加反方向中子的弹性散射次数,从而降低出射束低能散射中子的比例。通过MCNP模拟得到了准直器各层材料的最佳厚度和出射孔尺寸以及捕获穴最佳结构。经验证,中子照射野处2.45 MeV的中子通量比照射野外大三个量级,中子照射野处低能中子通量比2.45 MeV的中子通量低一个量级,墙壁外总剂量率（中子+）在2.5 Gy/h以下。该研究对于小角度单能中子源的快速获取具有一定的实用价值,获取的中子源可用于中子剂量仪器有效性检验、中子监测仪性能测试等方面的研究。     

随机中子输运方程点堆模型解析解

研究弱中子源引起系统发生持续裂变链的统计涨落行为，可用考虑中子位置和速度（x,v），功相空间的模型，或者用点堆模型来描述，从点堆模型得到的随机中子输运方程近似解与系统的空间位置无关。     

中子小角散射讲座：第三讲 中子小角散射在材料科学中的应用

X射线小角散射在材料科学中是分析物质结构的重要手段之一[1].由于中子吸收截面小,所以中子小角散射可以采用较大的厚块样品.长波长的冷中子,既可以避免X射线结晶学中的双布拉格衍射,又可以在较小的散射矢量Q范围内研究中子散射强度的分布.某些近邻元素(如 Al,Mg等),对X射线的散射能力几乎一样,而它们的中子散射振幅则是无规的.所以,中于小角散射又特别适宜研究相邻元素合金中的分凝现象.中子具有磁矩,能与磁性物质相互作用,产生磁的小角散射. 这里应当强调指出,所谓“小角”,是指小的散射矢量值,大小范围约为 其中da为样品中结构单元间…     

1994年诺贝尔物理学奖简介

１９９４年诺贝尔物理学奖简介瑞典皇家科学院决定为发展中子散射技术用于凝聚态研究的先驱性贡献颁发１９９４年诺贝尔物理学奖，其中一半授予加拿大安大略（Ｏｎｔａｒｉｏ）哈密尔顿（Ｈａｍｉｌｔｏｎ）麦克马斯特大学的布罗克豪斯（ＢｅｒｔｒａｍＮ．Ｂｒｏｃｋｈｏ...