反应堆压力容器钢热老化材料小角中子散射分析

正反应堆压力容器是核反应堆安全的重要屏障,其服役过程中的辐照脆化和热老化等效应值得深入研究。小角中子散射技术能用于分析压力容器钢内部纳米尺度结构变化,如铜析出物的产生演化、辐照引起纳米缺陷等,是研究热老化和辐照脆化效应的关键实验研究方法之一。这主要得益于小角中子散射的技术优势,如具有取样体积较大、磁性灵敏、可原位加载样品环境设备等。     

核电站用17-4沉淀硬化不锈钢阀杆热老化微结构小角中子散射研究

17-4沉淀硬化马氏体不锈钢阀杆广泛应用于压水堆核电站中，该阀杆在高温（300～350 ℃）下长期服役时面临热老化脆化问题，影响核电站安全。本文针对核电站实际服役的阀杆样品，开展了小角中子散射实验，结合冲击试验、扫描电子显微镜和金相显微镜分析等，将严重老化与轻微老化的阀杆样品进行对比，研究了试样在长期热时效过程中内部nm结构的变化。冲击试验、断口的扫描电镜和金相组织图像显示，严重老化的阀杆发生了明显的脆化现象。利用多分散小球模型和Porod定律对小角中子散射实验数据进行拟合，结果表明，球形nm析出物直径约为1 nm，随着热老化程度的加剧，nm析出物尺寸变大，体积分数增多约19%。小角中子散射结果与材料的宏观力学性能变化有明显的关联性。     

小角中子散射原位热力耦合加载装置

热力耦合近工况条件下材料微观结构的原位实验研究,对于深入理解材料服役性能演化机制十分重要,可给出样品微观上的纳米结构尺度分布。为充分发挥小角中子散射统计性好、取样体积大可开展原位实验等优势,本文基于中国先进研究堆小角中子散射谱仪,设计并研制了一台高温和拉力同时加载的原位实验装置,并实现了高温高压下原位测量材料的纳米尺度形貌变化。实验测试结果表明,装置最大载荷可达20 kN,最高温度800℃,控温精度优于±1℃。利用该装置对镍基单晶高温合金样品进行了原位小角中子散射测试,发现温度拉力条件下样品内部纳米结构的明显变化,表明基于该装置可开展热力耦合加载下的原位小角中子散射实验。该装置及其相应实验方法,可用于核电不锈钢等多种高温结构材料的原位加载实验研究,提供微观结构演化数据。     

中子小角散射实验技术

从实验技术角度出发,介绍了中子小角散射谱仪中各主要部件及其相应功能和参数,“Membrana-2”中子小角散射实验装置及详细技术特点。并以实际工作过程为主要内容,介绍了中子小角散射实验测量过程中所需要满足的基本要求和条件,分别详细阐述了实验样品选择方法、中子探测器效率刻度技术、标准样品选择技术、绝对散射强度标定技术和实验数据的初步处理过程,提出了中子小角散射实验中各参数优化与基本实验方法。可为今后国内开展中子小角散射实验提供主要的实验技术信息。     

中子单色器五轴姿态调整台的研发

单色器台是用来放置中子散射谱仪重要部件——中子单色器的装置。在中子散射实验中，单色器可起到把从反应堆引出的白光中子束单色化的作用。中子残余应力谱仪设计使用2个单色器：双聚焦Si单色器和平板Cu（220）单色器。     

中子小角散射实验及原始数据的处理

中子小角散射技术是研究纳米尺度范围材料结构的有力工具。中子小角散射实验测量和原始数据的处理方法相对较复杂。为了获得样品的绝对中子小角散射强度数据,通常需要进行入射中子束强度、散射强度、样品的透射率、实验本底以及空样品盒的散射强度和透射率等多项实验测量。若要获取较宽散射矢量范围的实验数据,还要改变实验仪器设置,对同一样品进行几次测量。而对所测数据也需要进行多项处理,才可获得便于分析的小角散射强度曲线。本文简单介绍实验原理和测量方法,重点讨论原始数据的处理方法,其中详细讨论了各向同性散射数据的平均以及合并方法。     

积分实验系统的标准样品法检验

积分实验是检验评价中子核数据准确性的重要手段,利用标准样品法,对中国原子能科学研究院的积分实验系统进行了检验。标准样品分别采用聚乙烯(10 cm×10 cm×5 cm)和水(?10 cm×5 cm),通过中子飞行时间技术,获得了14 MeV氘氚脉冲中子与聚乙烯作用后47°方向泄漏中子谱,与水作用后30°方向泄漏中子谱。利用MCNP5程序获得相应的模拟,对模拟谱(C)与实验谱(E)中的中子与氢弹性散射峰(n-p散射峰)面积进行了比较。结果表明,两个样品的n-p散射峰面积C/E值均在2%内一致。实验证明系统获得的测量数据是可靠的。     

中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程

中子散射技术利用中子不带电、穿透力极强、能直接鉴别核素、较之X射线对轻元素灵敏、具有磁矩和粒子、波动二重性等特点,使之成为一种独特的、从原子和分子尺度上研究各种物质结构和微观世界运动规律的高新技术。中国先进研究堆(CARR)上的中子散射工程将充分利用中国先进研究堆为中子散射工程提供的高通量、具有冷中子源、切向水平孔道等有利条件,建造三台新谱仪,更新原有的五台谱仪,瞄准世界先进水平,建立起研究手段基本配套、基本上覆盖中子散射研究的主要领域、强调应用又具备必要的基础研究能力的中子散射设备,为生命科学、材料科学、物理、化学、地矿、环境等各种学科及工程技术方面的研究,为国防工业和国民经济的应用提供先进的中子散射技术。其最终目标是建立起符合我国国情、其综合研究能力与世界先进水平接轨的中子散射国家重点实验室,使之成为我国二十一世纪中子散射研究和应用的中心及人才培养基地。     

~(252)Cf(D_2O)中子源实验室中子散射的模拟及验证

为了准确刻度中子剂量当量仪的性能参数以及验证中子剂量当量仪设计的准确性,在252Cf(D2O)源实验室进行实验校准之前,先采用MCNP5分别模拟分析实验室中空气、墙壁以及石蜡桶对探头中子计数的影响。模拟实验表明,在理想条件下,随着源与探头距离的增大,中子计数率越来越小;空气对中子计数的影响呈先增加后减小再增加的趋势,中子散射率不超过10%,且距离越近,空气散射的中子对探头计数的影响越小;当探头与源距离260cm左右时,石蜡桶对探头计数的影响最小,达到1%;墙壁对中子计数的影响随着探头与源距离增大而逐渐增大,当探头与源距离为360cm时,墙壁散射的中子是源中子计数的2倍;当源与探头距离为175cm时,空气、墙壁以及石蜡桶对源中子的散射最小,测量数据最精确。并通过实验与模拟数据对比表明,源与探头距离在125–300cm之间,计数率误差不超过30%,符合中子剂量测量的技术要求,从而验证了此中子剂量当量仪设计的准确性。     

中国先进研究堆中子散射工程中子导管模拟研究

为使依托中国先进研究堆（CARR）进行的冷中子散射实验拥有更高质量的中子束流,本工作对中子散射工程中的中子导管系统各参数进行分析研究,并首次在国内应用等效中子导管理论,结合解析计算确定出优化的导管方案。同时,应用VITESS程序对各导管方案得到的中子束流进行了模拟,在综合考虑导管系统几何布局及中子束流的发散度影响后,探讨出若干符合实际的设计方案。尔后,利用导管位置计算程序NGPS,计算出各导管方案中每个导管单元的位置坐标。最终,根据各项指标对模拟的各导管方案进行对比,优选出CNGA、CNGB、CNGD3套中子导管系统的最佳参数,为即将进行的中子导管系统的设计和安装提供理论参考。     

Dependence of the ratio between magnetic and nuclear small angle neutron scattering on the size of the heterogeneities

The ratio between magnetic and nuclear small angle neutron scattering (SANS) can provide additional information about the composition and structure of the scattering inhomogeneities. The method fails if the material system does not meet the two-phase approach. In this case, the ratio can more generally be defined and related to the dependence of the scattering particle size by using the indirect transformation method. The method is derived and applied to model systems with two types of non-magnetic spheric inhomogeneities in a ferromagnetic matrix.     

A SANS investigation of the irradiation-enhanced α–α′ phases separation in 7–12 Cr martensitic steels

Five reduced activation (RA) and four conventional martensitic steels, with chromium contents ranging from 7 to 12 wt%, were investigated by small angle neutron scattering (SANS) under magnetic field after neutron irradiation (0.7–2.9 dpa between 250 and 400 °C). It was shown that when the Cr content of the b.c.c. ferritic matrix is larger than a critical threshold value (∼7.2 at.% at 325 °C), the ferrite separates under neutron irradiation into two isomorphous phases, Fe-rich (α) and Cr-rich (α^′). The kinetics of phase separation are much faster than under thermal aging. The quantity of precipitated α^′ phase increases with the Cr content, the irradiation dose, and as the irradiation temperature is reduced. The influence of Ta and W added to the RA steels seems negligible. Cold-work pre-treatment increases slightly the coarsening of irradiation-induced precipitates in the 9Cr–1Mo (EM10) steel. In the case of the low Cr content F82H steel irradiated 2.9 dpa at 325 °C, where α^′ phase does not form, a small irradiation-induced SANS intensity is detected, which is probably due to point defect clusters. The α^′ precipitates contribute significantly to the irradiation-induced hardening of 9–12 wt% Cr content steels.     

Best Magnetic Condition to Generate Hollow Cathode Glow Plasma in High Vacuum简

Based on magnetron hollow cathode discharge, the magnetic condition of glow plasma generation in high vacuum, including both direction and magnitude of the applied mag- netic field, is theoretically derived and experimentally evaluated in this paper. Single particle orbital theory is introduced to discuss the possibilities to generate glow plasma at gas pressure under 10-2 Pa when the magnetic field direction is parallel or perpendicular or oblique to the electric field direction. A quantitative estimation criterion of magnetic induction intensity is also proposed in theory. The comparison with experiments suggests that glow plasma in high vacuum will form more easily in oblique magnetic field condition and that the criterion is accurate enough to estimate magnetic induction intensity at a certain gas pressure.     

利用中子散射研究生物材料

中子散射是一种研究生物大分子结构及动力学运动规律的重要手段.通过测量散射中子的强度函数可以得到生物大分子的体积、质量、形状、回转半径、生物大分子中的原子成分,特定原子所处的位置及分布,生物大分子动力学运动的信息等.测量中子在生物样品上的动量和能量转移,可以得到动力学结构因子.结合理论模型分析计算可以得到生物大分子内原子、原子团快速运动和生物大分子慢的集体运动的信息,提取生物大分子中原子的涨落行为,生物分子构象变化及生物大分子材料的柔性等信息.中子散射能识别出生物物质中轻的元素及同位素.和X射线方法相比,中子散射法对生物材料的损伤较小.     

压水堆工作场所模拟中子参考辐射场的建立

利用串列加速器T(d,n)⁴He反应产生的14.8 MeV中子，以及适当的中子慢化散射装置建立了目前国内唯一的压水堆典型工作场所模拟中子参考辐射场。对不同中子慢化散射材料组合下的中子能谱及中子周围剂量当量进行了测量，并校准了2台典型结构的中子周围剂量当量率仪。将模拟中子参考辐射场下的校准因子和放射性核素中子源参考辐射场下的校准因子进行比较，发现放射性核素中子源参考辐射场下的校准因子明显偏高，且仪表类型不同，偏高的程度也有所区别，这主要是由于不同类型仪表的能量响应不同。相比之下，模拟中子参考辐射场更适合用于反应堆工作场所的中子剂量仪表的校准。     

Establishment of Simulated Neutron Reference Radiation Field for Workplaces of Pressurized Water Reactor

A simulated neutron reference field for typical workplaces of the pressurized water reactor was established with 14.8 MeV neutrons from T(d,n)⁴He reaction and a neutron moderating and scattering assembly. The neutron energy spectrum and ambient dose equivalent were measured with the assembly in different material combinations. Two typical neutron ambient dose rate meters were calibrated in this field. Calibration factors were compared with the results from the radionuclide neutron reference field. The results show that the calibration factors from the radionuclide neutron reference field are larger than the simulated neutron reference field, and different for two types of meters due to their energy responses. By contrast, the simulated neutron reference field is more appropriate to calibrate neutron dose meters which are used in reactor workplaces.     

Neutron yields and emission rates in the forward direction for 50MeV／u ^18O—ion on thick Be,Cu,Au targets

Total neutron yields and neutron emission rates in the forward direction for 50MeV/u ^18O-ion on thick Be,Cu,Au targets have been measured using an activation technique.The results indicate that neutron yields and emission rates in the forward direction depend on the atomic number of target nuclei,i.e.the lighter target the greater neurtron yield and neutron emission rate.Meanwhile,the neutron yield of ^18O-ion is greater than that of 12C-ion when target nucleus and incident energy per nucleon are identical.     

Small-angle neutron scattering study of specific interaction and coordination structure formed by mono-acetyl-substituted dibenzo-20-crown-6-ether and cesium ions

This study uses small-angle neutron scattering (SANS) to elucidate the coordination structure of the complex of mono-acetyl-substituted dibenzo-20-crown-6-ether (ace-DB20C6) with cesium ions (Cs⁺). SANS profiles obtained for the complex of ace-DB20C6 and Cs⁺ (ace-DB20C6/Cs) in deuterated dimethyl sulfoxide indicated that Cs⁺ coordination resulted in a more compact structure than the free ace-DB20C6. The data were fitted well with SANS profiles calculated using Debye function for scattering on an absolute scattering intensity scale. For this theoretical calculation of the scattering profiles, the coordination structure proposed based on density functional theory calculation was used. Consequently, we conclude that the SANS analysis experimentally supports the proposed coordination structure of ace-DB20C6/Cs and suggests the following: (1) the complex of ace-DB20C6 and Cs⁺ is formed with an ace-DB20C6/Cs molar ratio of 1/1 and (2) the two benzene rings of ace-DB20C6 fold around Cs⁺ above the center of the crown ether ring of ace-DB20C6.