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。     

14 100MeV强流回旋加速器质子束流管道的初步设计

作为中国原子能科学研究院四大工程之一的串列加速器升级工程，将成为在我国核科学技术领域开展国防、基础和应用的创新性与先导研究的平台。作为其中的重要组成部分，100MeV强流质子回旋加速器建成后能够提供75～100MeV的质子束流。此回旋加速器建成后，首先利用束流调试管道和束流收集器进行加速器调试，然后根据不同应用的要求，将调试好的束流通过ISOL系统质子管道、同位素研制质子管道、准单能中子源质子管道、白光中子源质子管道、生物医学研究质子管道、单粒子效应质子管道等将质子束传输到各终端用户使用。     

强流质子直线加速器中束晕现象研究

从束流包络方程与单粒子运动方程联立模型出发，考虑了纵向能量方程的耦合，研究了强流质子直线加速器中的束晕现象。采用相交间的Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面方法和实空间Ｐｏｉｎｃａｒｅ截面方法，研究了周期聚焦系统失配的情况下束晕的形成以及加速对束晕形成的影响。     

强流质子加速器时序控制系统

针对一台用于加速器驱动洁净核能源系统研究、高占空比的强流质子加速器,开展强流质子加速器时序控制系统的研究工作.强流质子加速器时序控制系统提供加速器开机运行过程中所需要的触发信号和时钟信号,该系统的准确性和稳定性对于整个直线加速器的正常运行有重要的影响.介绍了基于ALTERA公司Cyclone Ⅲ系列FPGA串口通信硬件...     

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。     

与ADS 相关的强流3.5 MeV RFQ 加速器的束流动力学特性

为了适应我国加速器驱动洁净核能系统(ADS)项目的需要,一台注入能量为75 keV,输出能量为3.5 MeV,频率为352.2 MHz,质子流强为50 mA,四翼型强流RFQ加速器正由国家科技部"973"项目支持,在中科院高能物理所建造当中.本文论述了这台RFQ加速器的动力学设计特性、设计原则和设计结果以及各种参数之间的相互关系和误差特性.     

强流质子直线加速器横向屏蔽的估算

叙述了估算强流质子直线加速器横向屏蔽的方法。束流能量处在GeV能区时，使用Moyer模型进行计算；在1GeV以下，使用基于点源视线法的Tesch公式。在1W/m的束流损失情况下，对50～3000MeV束流能量范围内的横向屏蔽厚度进行了计算，并给出推荐值。     

12 100MeV强流质子回旋加速器轴向注入系统设计

100MeV强流回旋加速器要求引出质子束流强达到200μA，并计划提供脉冲束流。为达到高的平均流强，并具有提供脉冲束的能力，轴向注入系统的设计有两种方案，即对应于1#和2#注入线，如图1所示。     

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。     

252Cf生产关键技术及展望

²⁵²Cf是一种重要的超钚元素,可用于核反应堆启动、中子照相、中子活化分析、地质勘探等核技术应用及基础科研,目前世界上只有美国和俄罗斯具备²⁵²Cf生产能力。本研究对²⁵²Cf基本性质、国外²⁵²Cf生产现状进行介绍,提出²⁵²Cf生产需攻克的关键技术。     

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。     

先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源

在设计加速器驱动的次临界系统（ADS）、核废料嬗变装置及钍基熔盐堆时亟需一些关键核数据,当前核数据库受实验条件或中子能区的限制,存在核数据精度不高甚至少部分核素数据缺失的情况。本文综述了国内外相关的核数据研究和相应的白光中子源情况。基于中国散裂中子源(CSNS)的反角通道白光中子源实验终端的中子束流具有非常宽的能谱（0.01 eV~200 MeV）和很好的时间特性。模拟得到距靶80 m处的实验终端的中子注量率为9.3×10⁶cm^-2•s^-1,1 eV ~ 1 MeV能量间隔内的中子数占总中子数的53%;同时,加速器运行在双束团模式或单束团模式,时间分辨率均在0.3%～0.9%之间,适合开展核数据测量。     

Neutron measurements for advanced nuclear systems: The n_TOF project at CERN

A few years ago, the neutron time-of-flight facility n_TOF was built at CERN to address some of the urgent needs of high-accuracy nuclear data for Accelerator Driven Systems and other advanced nuclear energy systems, as well as for nuclear astrophysics and fundamental nuclear physics. Thanks to the characteristics of the neutron beam, and to state-of-the-art detection and acquisition systems, high quality neutron cross-section data have been obtained for a variety of isotopes, many of which radioactive. Following an important upgrade of the spallation target and of the experimental area, a new measurement campaign has started last year. After a brief review of the most important results obtained so far at n_TOF, the new features of the facility are presented, together with the first results on the commissioning of the neutron beam. The plans for future measurements, in particular related to nuclear technology are finally discussed.     

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。     

Water leakage due to the welding defect and improvement to reach 1-MW beam operation in the mercury target of J-PARC

ABSTRACT

Neutron flux per pulse reached world record at neutron source in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). In the J-PARC, mercury target system is used as a spallation neutron source. A target vessel has a multi-walled protection system that comprises a mercury vessel enclosed with a double-walled water shroud. This is to prevent the leakage of the mercury outside the target vessel. The multi-walled structure needed to be complicated with a lot of welding lines. However, during the operation, we faced an unscheduled shutdown due to water leakage to the intermediate layer between the mercury vessel and water shroud. An investigation on the cause of the leakage was carried out. It is deduced that the leakage path was formed due to the crack propagation from welding defects that are caused by the complicated multi-walled structure. The crack propagation is attributed to the repeated stress by pressure waves generated in the mercury target. Based on the investigation results, the design was improved to remove the welding line on the complicated structure and to realize the stable operation with 1 MW proton beam, which is the final design value of the neutron source in J-PARC.     

中国先进研究堆冷中子源核发热和冷中子增益研究

为准确计算和研究中国先进研究堆（CARR）冷中子源装置氢系统的核发热和冷中子增益，建立了一整套计算方法。对参考堆的验证计算证明了该方法的正确性和有效性。对影响CARR冷中子源核发热和冷中子增益的各种因素（如慢化剂、冷包材料、冷包形状等）进行了计算和优化选择。结果表明：在核发热量较小的条件下获得了较好的冷中子增益。     

The high-density Z-pinch as a pulsed fusion neutron source for fusion nuclear technology and materials testing

The dense Z-pinch (DZP) is one of the earliest and simplest plasma heating and confinement schemes. Recent experimental advances based on plasma initiation from hair-like (10s m in radius) solid hydrogen filaments have so far not encountered the usually devastating MHD instabilities that plagued early DZP experimenters. These encouraging results along with the debut of a number of proof-of principle, high-current (1–2 MA in 10–100 ns) experiments have prompted consideration of the DZP as a pulsed source of DT fusion neutrons of sufficient strength (S _N 10¹⁹ n/s) to provide uncollided neutron fluxes in excess ofI _w = 5–10 MW/m² over test volumes of 10–30 liters or greater. While this neutron source would be pulsed (100s ns pulse widths, 10–100 Hz pulse rate), giving flux time compressions in the range 10⁵–10⁶, its simplicity, near-term feasibility, low cost, high-Q operation, and relevance to fusion systems thatmay provide a pulsed commercial end-product, e.g., inertial confinement or the DZP itself, together create the impetus for preliminary consideration as a neutron source for fusion nuclear technology and materials testings. The results of a preliminary parametric systems study (focusing primarily on physics issues), conceptual design, and cost vs. performance analyses are presented. The DZP promises an inexpensive and efficient means to provide pulsed DT neutrons at an average rate in excess of 10¹⁹ n/s, with neutron currents I_w10 MW/m² over volumes V_exp 30 liter using single-pulse technologies that differ little from those being used in present-day experiments.Work supported by U.S. DOE.     

核物理与核技术专业的核物理实验课程的现状及改进

综述了高校核物理与核技术专业本科生的核物理实验课程现状,并对未来改进提出几点看法。     

用于非弹性散射谱和俘获谱测量的高压脉冲电源设计

设计了用于非弹性散射谱和俘获谱测量的时间、幅度可调离子源脉冲电源。采用单端正激式结构和软开关技术,逆变输出高压脉冲,占空比从0．1～0．5可调,最小脉宽8μs。目前该脉冲电源已成功应用于煤质快速分析仪中,测量精度明显优于直流方式。