基于中国散裂中子源反角白光中子束线的天然锂中子全截面测量

锂是熔盐堆燃料载体盐的主要材料之一,其中子核反应截面数据是熔盐堆芯中子物理设计及堆芯长期安全运行中的重要基础数据.本工作基于中国散裂中子源反角白光中子束线(CSNS Back-n)飞行时间谱仪,利用中子全截面测量谱仪(NTOX),采用透射法测量了天然锂中子全截面.实验中,中子飞行距离约为76.0 m,采用15.0 mm和8.00 mm两种厚度的天然锂金属样品,在0.4 e V—20 Me V中子能量范围内测得了统计计数较好的中子全截面.特别是在ke V及以下能区增补了实验数据,为锂的核数据评价工作提供了更加丰富和可靠的实验数据.在此基础上,采用1/v律和R矩阵理论对Me V以下能区的新测量数据进行了理论分析,获得了7Li和6Li在260 ke V能量附近的中子共振参数.     

CSNS反角白光中子源束线控制系统研制

中国散裂中子源(CSNS)反角白光中子源束线主要由中子束窗、中子开关、中子准直器和真空管道等组成。为了保证CSNS反角白光中子源束线安全、稳定、可靠地运行,研制了基于EPICS(Experimental Physics and Industrial Control System)软件架构的控制系统。该系统主要由中子束窗、中子开关及中子准直器的运动控制系统、真空控制系统和控制室三部分组成,实现了对反角白光中子源束线主要设备的远程监测和控制。测试结果表明,该系统具有稳定可靠性高、人机交互友好的特点,很好地满足了反角白光中子源束线运行的需要。     

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.     

TMSR白光中子源本底屏蔽设计

为了满足钍基熔盐堆对核数据的需求,中国科学院上海应用物理研究所自行设计并建造了紧凑型的15 MeV电子加速器驱动的白光中子源。电子直线加速器、中子产生靶以及探测器系统处于同一个实验大厅,中子/伽马射线本底较高,原有屏蔽并不能满足在低能区进行热中子物理实验测量的低中子本底需求。为了降低热中子本底,提高在热区的测量能力,需要对中子源进行局部屏蔽。根据调试运行经验以及模拟计算结果,分析了中子伽马射线本底的来源,利用MCNP5模拟计算了混凝土、铅、含硼聚乙烯对中子/伽马射线的屏蔽效果,优化设计了局部屏蔽方案。模拟计算结果显示,该屏蔽方案可将热中子本底降低三个量级,伽马本底降低两个量级。屏蔽后的实验测量结果表明,探测器处的有效热中子与本底热中子的比值达到约100:1,屏蔽效果显著,为后续在热中子能区顺利开展中子物理测量实验奠定了基础。     

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。     

光中子源上吸收片功能研究

15 MeV电子直线加速器驱动的光中子源装置,将用于中国科学院战略性先导科技专项“钍基熔盐堆”中的核数据初步测量工作、中子探测器的研制和反应堆相关材料的辐照研究等。光中子源的中子能谱是连续的,中子能量通过中子飞行时间法测量得到,需要利用吸收片确认中子吸收峰,刻度飞行时间,计算等效飞行距离,扣除实验本底等,而实验本底的扣除对最终总截面计算有很大的影响。因此通过Geant4蒙特卡罗模拟软件构建了包括中子源、吸收片在内的模拟实验环境;研究了不同吸收片的吸收谱和吸收片厚度的关系,同理论计算值进行了比较,给出了推荐的吸收片厚度值;模拟计算了中子飞行时间谱,并和实验测量结果比较,确定中子等效飞行距离为5.70 m。Geant4的理论计算也可以模拟出多吸收片本底函数曲线,可用于实验数据的本底扣除和误差分析。实验测量、模拟分析以及理论公式计算的吸收片厚度和中子飞行时间参数得到了完全一致的结果,验证了实验测量的可靠性。A photo-neutron source driven by a 15 MeV electron LINAC is built for the "Strategic Priority Research Program" of the Chinese Academy of Sciences-the "thorium-based molten salt reactor" project to conduct the nuclear data measurement work,develop neutron detector and carry out reactor material irradiation studies.Since the neutron energy spectrum is continuous,the neutron energy is measured by the time of flight (TOF) method,and neutron filters are needed to confirm absorption peaks,calibrate the TOF,calculate the equivalent flight distance,and remove the experimental background which has great influence on the calculation accuracy of the total cross section.Based on the Monte Carlo simulation tool,Geant4 a simulation environment is set up,including neutron source and neutron filters,to study the energy absorption spectra and thickness of different filters and recommended data for the thickness are provided.The neutron TOF spectra are simulated and compared with experimental measurement,deciding the equivalent TOF distance to be 5.7 m.Geant4 can also simulate the background curve of multiple filters and be used to remove background and analyze errors for the experimental data.All the experiments,simulation and theoretical calculation show consistent results on filter thickness and neutron TOF parameters,indicating the accuracy of the measurement.     

中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量

中国散裂中子源(CSNS)已于2018年5月建设完工,随后进行了试运行.其中的反角白光中子束线(Back-n)可用于中子核数据测量、中子物理研究和核技术应用等多方面的实验.本文报道对该中子束的品质参数测量实验过程以及最终实验结果.实验主要采用中子飞行时间法,利用~(235)U,~(238)U裂变室和~6Li-Si探测器测量了中子能谱和中子注量率,又利用闪烁体-互补金属氧化物半导体探测系统测量了中子束斑的剖面,得到了该束线的初步实验测量结果.其中白光中子的全能谱测量范围eV—100 MeV,给出了不确定度分析;给出了中子注量率两个实验厅位置的满功率值;给出了白光中子在直径60 mm情况下的全能区束斑.通过与模拟结果的比较探讨了以上结果的合理性,并提出了改进计划.这些实验结果为以后该束线的核数据测量和探测器标定实验奠定了基础.     

基于小型加速器的编码中子源成像研究

编码中子源成像可以在对中子注量率影响不大的情况下大大提高成像的准直比, 从而提高成像质量.北京大学开展了基于小型加速器的编码中子源成像技术研究工作. 不同于已有的基于反应堆的小面积编码板的研究工作, 北京大学建立了基于小型加速器的大面积编码板的编码中子源成像实验平台, 并对加速器中子源上的实验方法和数据处理进行了探索, 对比了重建算法, 获得了初步的重建照片.研究工作表明, 编码中子源成像技术可用于加速器中子源, 但重建图像质量仍须提高. 关键词： 加速器中子源 中子成像 编码源成像 图像重建     

旋转靶强流中子源及其应用

 一、旋转靶强流中子源的现状一般讲,强流中子源是指中子注量在4π空间中一秒钟内具有近于或等于或大于1×10¹²个中子的辐射场。它可以利用反应堆得到平均能量为1MeV的中子;利用高能电子或质子加速器可得能量为数MeV的中子。国内外最近一、二十年来,在强流中子源方面做了大量的研究实验工作,除了利用加速器的（d-Be）,（p-Be）和（d-D）反应产生中子外,大量的工作集中在用（d-T）反应并使用高速旋转的氚靶以产生强流中子场。     

CSNS靶站谱仪T0信号扇出设备研制

中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source, CSNS)靶站谱仪T0信号的高准确性和高可靠性是CSNS高效运行的重要条件之一。基于CPLD(Complex Programmable Logic Device)和PMC(Peripheral Mezzanine Card)子母板组合,设计了满足分布式架构的T0信号扇出设备,自主研制了24 V电平触发的中子斩波器专用触发信号接收插件;在1.6 GeV质子束首次打靶前,对T0信号延迟及信号调理做了优化。T0信号扇出设备接口信号灵活多变,具有较强的可维护性和可扩展性,已投入使用近三年,系统稳定可靠,为今后二期谱仪更高需求的T0信号扇出设备的研发积累了宝贵的建设经验。     

CSNS多功能反射谱仪主探测器读出电子学系统研制

为满足中国散裂中子源（CSNS）多功能反射谱仪（MR）主探测器高气压3He多丝正比室探测器（MWPC）的需求,研制了专用的读出电子学系统。该系统主要由核心前放板和触发扇出板构成,其中以前放板为核心,采用了6块前放板实现探测器142路模拟信号的数字化,并通过判选机制甄别中子信息,将有效中子事例打包发送给后端,触发扇出板提供同一时刻到达的T0信号和触发信号,以确保数据的对齐。读出电子学系统分别在实验室和束流条件下,进行了相关指标测试,测试结果表明性能优于设计要求。目前MWPC探测器已经成功安装到MR谱仪现场,并且已经开始稳定运行。     

Preliminary shielding analysis for the CSNS target station monolith

The construction of the China Spallation Neutron Source （CSNS） has been initiated at Dongguan,Guangdong,China.In spallation neutron sources the target station monolith is contaminated by a large number of fast neutrons whose energies can be as large as those of the protons of the proton beam directed towards the tungsten target.A detailed radiation transport analysis of the target station monolith is important for the construction of the CSNS.The analysis is performed using the coupled Monte Carlo and multi-dimensional discrete ordinates method.Successful elimination of the primary ray effects via the two-dimensional uncollided flux and first collision source methodology is also illustrated.The dose at the edge of the monolith is calculated.The results demonstrate that the doses received by the hall staff members are below the required standard limit.     

Preliminary shielding analysis for the CSNS target station monolith

The construction of the China Spallation Neutron Source (CSNS) has been initiated at Dongguan,Guangdong,China.In spallation neutron sources the target station monolith is contaminated by a large number of fast neutrons whose energies can be as large as those of the protons of the proton beam directed towards the tungsten target.A detailed radiation transport analysis of the target station monolith is important for the construction of the CSNS.The analysis is performed using the coupled Monte Carlo and multi-dimensional discrete ordinates method.Successful elimination of the primary ray effects via the two-dimensional uncollided flux and first collision source methodology is also illustrated.The dose at the edge of the monolith is calculated.The results demonstrate that the doses received by the hall staff members are below the required standard limit.     

Physical design of target station and neutron instruments for China Spallation Neutron Source

The China Spallation Neutron Source(CSNS)is the first accelerator-based multidiscipline user facility to produce pulsed neutrons by tungsten target under collision of a pulsed proton beam with a beam power of 100 kW at a repetition rate of 25 Hz.In this paper,we focus on the physical design of CSNS target station and neutron instruments.Under optimized design,the flat tungsten target and the compact target-moderator-reflector coupling enhance effective cold and thermal neutron output from moderators.Three wing-type moderators supply four different characteristics of neutrons to 19 beamlines primarily for neutron scattering applications.Layout of neutron instruments are conceptually planned for total 20 beamlines,the configuration and specification have been determined for three day-one neutron instruments.All designs are optimized for the Phase I of 100 kW with a upgradable capacity to 500 kW.     

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。     

Analysis of displacement damage effects on bipolar transistors irradiated by spallation neutrons

Displacement damage induced by neutron irradiation in China Spallation Neutron Source(CSNS) is studied on bipolar transistors with lateral PNP, substrate PNP, and vertical NPN configurations, respectively. Comparison of the effects on different type transistors is conducted based on displacement damage factor, and the differences are analyzed through minority carrier lifetime calculation and structure analysis. The influence of CSNS neutrons irradiation on the lateral PNP transistors is analyzed by the gate-controlled method, including the oxide charge accumulation, surface recombine velocity,and minority carrier lifetime. The results indicate that the total ionizing dose in CSNS neutron radiation environment is negligible in this study. The displacement damage factors based on 1-MeV equivalent neutron flux of different transistors are consistent between Xi'an pulse reactor(XAPR) and CSNS.     

位敏型探测器数字法读出研究(英文)

中国散裂中子源( CSNS ) 的建造对中子探测器提出了非常高的要求,如更大的有效面积、二维位置灵敏、高计数率、高探测效率和低的 灵敏度等。与传统的模拟读出方法相比,数字法读出具有更高的计数率, 更小的数据传输量,更简单的电子学设计以及更高的信噪比。对数字法读出进行了理论计算,利用GEM探测器的原始数据分析了数字法读出的位置分辨率与读出条宽度的关系。结果表明,数字法读出对于位置分辨要求较低( 小于4 mm) 的大面积位置灵敏探测器是一种较好的选择,如CSNS 小角谱仪探测器。Efficient thermal neutron detectors with large area, two-dimensional position sensitive, high counting rate high detection efficiency and low gamma sensitivity are required to satisfy the demands for the China Spallation Neutron Source (CSNS). Compared with the traditional analog readout method, the digital readout method has the advantages of higher counting rate, smaller quantity of data transmission, simpler readout system and higher signal to noise ratio. The theoretical analysis of the digital readout method is reported in this paper. Used the raw data of GEM detector, the relationship between the position resolution and the width of the readout strip was studied. The results indicate that the digital readout method could be a good choice for the large area position sensitive detector where the requirement of position resolution is less than 4 mm, e.g. the detector of Small-Angle Neutron Scattering (SANS) diffractometer of CSNS.     

散裂中子源高气压二维位置灵敏3He探测器的实验研究

为满足中国散裂中子源多功能反射谱仪中子探测器的基本物理要求:有效面积达到200 mm×200 mm、探测效率大于50%（2Å）、位置分辨好于2 mm等,中国科学院高能物理研究所研制了3He高气压二维多丝正比室位置灵敏中子探测器。该探测器采用二维多丝室结构,腔体内充3He/C₃H₈（6 atm/2.5 atm）的组合气体。本文首先利用Am/Be中子源完成对探测器全面积均匀性测试,均匀性指标达到了95.1%;探测器在中国散裂中子源的20号束流线站安装后,对其进行了在束测量,通过飞行时间选取波长2.8Å的慢中子,测量了探测器二维位置分辨和二维成像性能。在X方向（垂直于阳极丝的方向）的位置分辨为0.99 mm,Y方向（平行于阳极丝的方向）的位置分辨为1.36 mm,探测器具有很好的二维位置分辨和二维成像能力。测量结果表明探测器满足反射谱仪的研制要求。