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.     

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.     

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．     

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。     

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.     

高能质子在散裂靶中的能量沉积计算与实验验证

高能质子在散裂靶中的能量沉积是散裂靶中子学研究的重要内容之一,准确掌握高能质子在散裂靶中引起的能量沉积分布与瞬态变化是开展散裂靶热工流体设计的重要前提.本文采用MCNPX,PHITS与FLUKA三种蒙特卡罗模拟程序,计算并比较了高能质子入射重金属铅靶、钨靶的能量沉积分布及不同粒子对总能量沉积的占比贡献;针对高能质子入射...     

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。     

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     

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.     

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、     

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.     

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     

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.     

利用QMD分析中高能质子入射208Pb的(p,xn)反应双微分截面

中高能质子入射重金属靶产生散裂中子是加速器驱动洁净核能系统的一个关键部分.利用量子分子动力学(QMD)模型研究入射质子能量在300MeV—1.5GeV,散裂靶为²⁰⁸Pb的(p,xn)核反应的双微分截面,QMD计算结果很好再现了实验数据,且QMD的计算结果明显优于HETC和LAHET.QMD在较宽的能区和核区满足加速器驱动洁净核能系统散裂靶物理计算的要求.     

剥离膜安装与空气动力学分析

在散裂中子源注入系统工作过程中,剥离膜是实现负氢离子转换为质子注入加速的关键部件。百nm到μm级厚度的剥离膜超薄易碎,安装及系统真空获得难度较高,一直是散裂中子源研究的重点。对比了国外膜片固定方式现状,通过设计剥离膜辅助安装装置,实现剥离膜样品批量安装;通过Fluent仿真分析,模拟得出膜片在不同进出口压差下真空获得过程中的压力分布、膜片附件空气扰动及系统空气流动,制定在不破坏剥离膜的前提下真空获得方案,并获得剥离膜系统超高真空环境。     

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...     

基于反角白光中子源次级质子的探测器标定

目前国内外的质子标定终端较少,且普遍为单能质子束流.基于中国散裂中子源的反角白光中子源的eV—200 MeV中子能量区间的白光中子束流,以及中子与氢的~1H(n, el)反应,可以获得宽能谱的能量连续次级质子.利用1 GSps采样率、12 bit的波形数字化获取系统采集探测器输出波形信号,通过对波形信号的分析,得到中子及反冲质子的飞行时间,进而得到反冲质子的动能.利用该方法得到的质子,为探测器质子标定等研究提供了新的研究平台.在该研究平台已经开展了带电粒子望远镜的标定实验.研究了CsI (Tl)探测器不同的信号读出方式对望远镜的DE-E二维谱、幅度-质子动能二维谱等粒子鉴别方法得到的粒子鉴别的效果,得到了较优的探测器信号读出方案.该研究为带电粒子望远镜的建设提供了实验依据,也说明了基于反角白光中子源的宽能谱质子标定的可行性.     

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。