中国散裂中子源靶站冷却水净化系统设计

散裂中子源是由加速器产生高能质子轰击重金属靶产生高通量脉冲中子的科学装置。中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source,CSNS）主要由加速器、靶站和中子谱仪三部分组成。净化系统作为靶站水冷系统的一个组成部分,对CSNS的安全运行起着重要作用。本文主要介绍了CSNS靶站水冷净化系统的工艺流程设计、系统重要参数的确定、系统设备选型、控制仪表和系统布置的特点以及系统各种工况下运行操作方面的设计思路。     

散裂中子源靶站和中子散射谱仪的概念设计

本文介绍了可应用于多学科应用的散裂中子源(CSNS)靶站和中子散射谱仪概念设计的进展。CSNS靶站将由重水冷却多片钨靶,铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成。采用三个WING型慢化器:水(室温),液体甲烷(100K)和液体氢(20K),设有18个水平中子孔道。MonteCarlo模拟显示优化的靶截面高宽比为1:2.5左右。额定的100kW核功率的质子束轰击后,慢化器处钨靶溢出的脉冲中子通量约为2.4×1016cm?2·s?1。有限元方法计算表明,钨靶体内的总发热量是47kJ/s。即使使用截面较小的钨靶,在通常的水冷速率下,靶体温度也仅略高于90°C。靶体的热应力形变最大不超过0.2mm。根据经济实用原则选择建造粉末衍射仪、小角散射仪、反射仪及直接几何非弹性散射仪等四类有代表性的中子散射谱仪,就能覆盖>80%的中子散射研究领域。     

散裂中子源与先进核能系统

散裂中子源的应用日益受到人们的重视。本报告仅对散裂中子源的历史、物理基础、对加速器要求、靶系统及其应用于先进核能系统作一般介绍。     

中国散裂中子源反角白光中子源准直器的设计与测试

为获得核数据测量所需的束斑形状及较低的实验本底,反角白光中子源需通过准直器对束流进行刮束准直。以中子开关为例,根据相关要求确定了整体的设计方案。通过将挡块一分为二的设计,解决了小直径深孔加工的难题。利用有限元分析软件,优化了真空盒的外形结构及密封方式。针对挡块的工作环境,搭建了可用于真空的高精度耐辐射移动平台。经测试,中子开关的主要技术指标均满足要求,说明设计合理。     

中国散裂中子源靶站中子通道初步屏蔽计算分析

基于中国散裂中子源靶站中子通道设计,采用二维离散纵标程序DORT对中子导出通道各种设计方案的屏蔽效果进行计算分析。计算得出二维剂量场分布及通道中心处剂量当量率轴向分布,并得到较优化的屏蔽方案及模型,确保谱仪大厅内工作人员接受的剂量低于规定的标准。结果表明,未安装谱仪的中子通道屏蔽模型中心含有SS316合金钢时的屏蔽效果较好,剂量在辐射防护标准以下,符合设计要求。中子孔道开闭装置屏蔽模型中前端加入钨板屏蔽效果较好,并随钨板长度的增加,屏蔽效果提高。     

散裂中子源(3.7GeV p+Pb)靶散裂研究中Lavsan探测器的应用

利用Lavsan探测器探测了直径8cm，厚20cm的铅靶中散裂反应的分布规律，并利用理论对实验结果进行了模拟解析，同时利用实测的散裂产物在靶区的分布验证了Lavsan探测结果及理论模拟结果。     

治疗用放射性核素与散裂中子源

介绍了用于治疗的常用放射性核素。这些核素包括纯β发射体、伴随发射适合于显像的低能γ光子的β发射体以及内转换电子和俄歇电子发射体。分析了利用核反应堆生产治疗核素面临的困难,指出基于强流加速器的散裂中子源将是生产临床所需治疗核素的最佳途径。     

中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源(CSNS)是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

中国散裂中子源加速器注入束流损失调节研究

注入系统是中国散裂中子源（CSNS）加速器的核心组成部分,对束流功率提升和稳定供束运行具有重要意义。注入束流损失是快循环同步加速器（RCS）能否在高功率下运行的决定因素之一。本文首先研究CSNS加速器注入束流损失的主要来源,包括注入参数不匹配、注入方式选择、剥离膜散射粒子损失、未被剥离的粒子损失等。其次,根据加速器的束流调节进程,对不同来源的束流损失进行调节和优化,降低注入束流损失,提高注入效率。最后,总结注入束流损失调节结果,初步测量得到注入效率约99%,并对进一步降低注入束流损失、提高注入效率提出改进方法和意见。     

中国散裂中子源强流质子加速器设计、研制及调试运行

中国散裂中子源（CSNS）是基于强流质子加速器的大科学装置,通过高功率质子束流轰击重金属靶产生高通量中子用于开展中子散射研究,CSNS是世界上第四台、发展中国家第一台脉冲型散裂中子源。CSNS包括高功率强流质子加速器、中子靶站和中子谱仪以及相应的配套设施等。加速器由80 MeV负氢直线加速器、1.6 GeV快循环同步加速器及相应的束流输运线组成。CSNS加速器是我国第一台中高能强流高功率质子加速器,本文将介绍CSNS加速器的设计、关键技术、设备研制以及束流调试过程和其中关键问题。     

CSNS引出脉冲电源控制系统设计

基于EPICS框架设计开发的CSNS引出KICKER脉冲电源控制系统,采用ZTEC数字化示波器对脉冲电源输出信号进行实时采集,通过运行在上位计算机的EPICS soft IOC实现对电源远程开/关操作和基准电压设定。性能测试的结果表明,该系统能够满足物理设计对引出KICKER脉冲电源的控制要求。     

中国散裂中子源反角白光中子束斑测量

中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子（Back-n）束斑品质是核数据测量和其他物理实验的基础。利用像增器脉冲选通特性和飞行时间法搭建了一套具有时间分辨能力的成像系统,其空间分辨小于1 mm,初步实现了束斑轮廓、尺寸和非均匀性等特性参数的测量和定量分析。在距散裂靶约55、75 m处测得束斑FWHM分别为55、63 mm,对应峰值强度约75%处束斑直径分别为50、60 mm,且束斑边缘陡峭,呈台阶状。分析表明,束斑轮廓、尺寸和非均匀性等特性参数均与中子能量无关,在束斑中心区域80%范围内非均匀性小于10%。测量结果表明,CSNS反角白光中子源物理终端具有较好的中子束斑品质,可开展较高精度的核数据测量。     

CSNS真空控制设备监测与信息管理系统的研制

中国散裂中子源(CSNS)真空控制系统采用横河PLC和MOXA嵌入式串口设备实现真空阀门的开关和真空度的采集及相关联锁保护。本文使用CSS建立了CSNS真空控制设备及真空状态实时监测的操作员界面（OPI）。在此基础上,通过开发CSS插件,连接控制线缆数据库,实现了被控信号与被控设备及线缆的在线关联查询功能,通过被控信号即可确定设备位置和连接的线缆,方便日后的维护运行。     

CSNS中子带宽限制斩波器样机控制系统的设计与实现

中子带宽限制斩波器是中国散裂中子源(CSNS)飞行时间型中子散射谱仪中用于选择特定波段范围中子的装置,其控制系统要求能够实现斩波器相位信号与加速器定时信号同步并完成对斩波器运行状态监控的功能。本文针对控制指标的要求,阐述了控制系统的结构、控制原理及软件设计方案,并对系统控制精度和稳定性进行了分析。     

CSNS/RCS中主要阻抗元件的仿真计算研究

中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）是强流质子加速器,对环中真空元件的阻抗研究是判断束流能否稳定运行的重要依据。通过正确估算环中元件阻抗,可及时对元件的阻抗进行有效控制和防止束流不稳定性发生,从而减小束流损失。本文利用CST电磁场仿真软件给出了RCS环中高频腔及准直器的耦合阻抗,并探讨了bus-bar结构对高频腔本身及束流稳定的影响,发现需重新设计bus-bar结构使腔固有频率大于10 MHz才能彻底解决因共振可能引起的丢束。此外,计算表明,主准直器屏蔽有利于减小耦合阻抗及损失功率,在安装代价较小的情况下需对主准直器进行屏蔽。     

中国散裂中子源快循环同步加速器射频系统的设计与研制进展

研制了大功率宽带快速扫频射频系统,其用于中国散裂中子源（CSNS）快循环同步加速器（RCS）中,主要包括铁氧体加载谐振腔、射频功率源、偏流源和低电平控制系统。射频系统工作重复频率为25 Hz,扫频范围为1.022～2.444 MHz,单个腔体（双加速间隙）可提供最大30 kV加速电压。两级的调谐控制能解决快速扫频过程中的系统失谐问题,采用束流前馈、直接反馈等多种技术手段可对束流负载效应进行补偿。     

CSNS小角散射谱仪数据获取软件设计

为满足中国散裂中子源小角散射谱仪数据获取的需求,本文在Linux系统下采用C++及Qt、MySQL等开源技术研制了小角散射谱仪的数据获取系统软件。该软件实现了电子学配置、运行控制、数据网络读出、在线数据处理和存储、运行状态监测和错误报警等数据获取软件基本功能,以及用户操作界面、在线数据库和电荷通道波形重建等附加功能。本文介绍该软件的设计与实现,包括硬件架构与软件部署,并给出了性能及稳定性的测试结果。     

CSNS强流负氢离子源及其改进

中国散裂中子源（CSNS）的离子源是1台强流负氢离子源,该离子源负氢束流的能量为50 keV,负氢流强可达40 mA,束流占空比最高为1.25%（重复频率为25 Hz,脉宽为500 μs）。目前该负氢离子源已投入到CSNS中使用。由于等离子体放电电极受带电粒子溅射的缘故,在1.5%（25 Hz,600 μs）的占空比、负氢流强30 mA运行下,离子源的寿命约为30 d。为提高离子源使用的稳定性,对离子源进行改进优化,提高了离子源的运行效率和稳定性。     

铅散裂中子靶物理特性研究

利用蒙卡程序DCM/CEM对ADS标准散裂中子靶进行了计算。计算了长0.6 m,直径0.2 m的圆柱形208Pb靶,在0.1～1.6 GeV的质子轰击下,Pb靶发生散裂反应产生的中子产额及表面的中子注量、能谱分布以及靶内能量沉积分布,解释了以前的实验结果。计算结果与文献数据、实验数据进行了比较,符合良好,对进一步进行ADS堆芯设计具有较好的理论指导意义。