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。     

加速器周围散射中子的测定

散射中子比值可通过计算和实测得到。但因计算误差较大,所以用散射锥体挡住直射中子,再测量中子场周围的散射中子的方法是比较好的。 14MeV中子的减弱过程可表示为φ=φ_0exp(-ΣRd)。式中φ_0和φ分别为原有的和经减弱后的中子通量,cm~(-2)·s~(-1);ΣR为屏蔽物的总吸收截面,cm~(-1);d为屏蔽物     

利用中子反散射法与中子诱发γ射线法探测隐蔽爆炸物的模拟研究

应用中子反散射法与中子俘获特征γ射线法,设计了1种利用小型脉冲中子源检测隐蔽爆炸物的原型装置,并进行了仿真研究.仿真结果表明,存在爆炸物时,反散射中子计数明显增加,对应于碳、氮、氧的中子诱发γ射线能量的计数大幅增加.     

中子监测器定度中散射本底的研究

测定了几都典型中子监测器在用~(124)Sb-Be、~(241)Am-Be 及14MeV 中子源定度时的散射本底响应,比较了常用的几种确定散射本底的方法,并给出了拟合公式。     

利用准弹性中子散射研究金属氧化物团簇内部碳链的动态

中子散射技术是研究凝聚态物质和材料性质的重要手段。通过将碳链植入金属氧化物团簇分子的内部,可以实现对碳链运动的彻底改变。通过分析中子谱得知,这些金属氧化物团簇分子内部的碳链的大尺度空间平移运动几乎被完全限制,碳链上的甲基和亚甲基的转动速度也被大幅度减慢。另外,碳链上的不同碳原子的运动有不均匀性。这些现象都表明,金属氧化物团簇分子对于其内部的高分子运动有强约束效应。该效应在金属氧化物团簇的包裹行为上有决定性作用。     

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。     

双转子中子散射飞行时间谱仪

在中国原子能科学研究院的重水研究性反应堆上设计建造了一台双转子中子散射飞行时间谱仪。该谱仪采用高速同步双转子(最高转速为15000r/min)系统,并在90°角范围内配置54支~3He管(可扩展为108支)记录散射中子,散射中子讯号由飞行时间编码单元编码后送入DG-10/SP微机数据获取系统,该系统采用了通用智能接口并具有实时显示54路谱的功能。该谱仪还在转子本体中填入大量含硼含氢物质,在费米转子准直系统中采用超薄(0.025mm)钆(Gd)片作为芯片,既增强了准直效果,又使转子系统屏蔽快中子本底的能力增强10倍,解决了径向水平孔道本底高的困难。谱仪指标:单能入射中子能量范围5 200 meV,分辨率AE/E～(3—8)%,样品上单色中子强度～10~3S~1·cm~2。信号本底比优于20:1,在转速为13000r/min时连续工作10 d,相位及速度漂移均不大于0.04%。     

定量中子数字成像系统的散射校正迭代算法研究

针对中子散射将直接影响在进行无损检测某种成分时的定量分析,研究分析了中子散射对定量中子数字成像系统图像降质原理,采用点扩展函数的叠加表征成像系统中子散射对图像降质的过程,并在构建中子成像点扩展函数模型的基础上,提出了对中子图像进行散射校正的空域迭代算法。研究结果表明,对于成分相同但几何形状不同的H2O样品,在样品到探测器之间距离不同情况下所得到的中子数字图像,在利用该算法进行散射校正后,影响成像质量的散射成分能较好得到抑制,所恢复出的样品厚度趋近于实际厚度。     

同步辐射小角散射法和中子衍射法研究中子辐照Al-B合金结构

为了研究He在材料中的行为,借助10B的(n,α)核反应,通过反应堆热中子对Al-B合金进行辐照,引入He原子密度达6.2×1025 m-3。采用同步辐射X射线小角散射法(Synchrotron small angle X-ray scattering,SAXS)原位测试了不同温度下合金中He的状态变化,并结合透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)对试样进行了观察;采用X射线衍射和中子衍射法分析了合金晶格参数的变化。SAXS分析表明,随着温度升高试样内部的颗粒和孔洞消失,He泡数量不断增多、尺寸增大。700 oC下He泡的半径大约增大到10 nm,与室温时颗粒和孔洞相当。衍射分析表明,B原子引入使得Al晶格常数增大,但不存在可见的第二相,中子辐照使得生成的Li和He原子进入Al晶格,进一步加大了晶格常数。辐照后的样品加热使得He从晶格间隙位置扩散到晶界形成He泡,从而缓解了对晶格的挤压,导致了晶格常数的回复减小,第一性原理计算得到的间隙原子B、Li、He引起的晶格肿胀解释了这一结果。     

加速器中子源大厅内散射中子分布的模拟

本文针对加速器中子源可在较宽能量区间产生单能中子的特点,采用MCNP5对0.2～20 MeV的源中子在加速器中子源大厅内的散射情况进行模拟计算和分析。结果表明,直射中子通量随离源距离的增大呈平方反比衰减,散射中子通量则随离源距离的增大而几乎保持不变;大厅内的散射中子主要来自墙壁的贡献,离墙壁越近散射率越高。能量为0.4 MeV和1 MeV的源中子散射率最高,10 MeV和15 MeV的源中子散射率最低。用中子的宏观散射截面可较好解释散射率模拟结果,中子的弹性散射截面远大于非弹性散射截面,因此弹性散射起主导作用。中子能量大于1 MeV后,散射截面随中子能量增加而减小直至进入一段坪区,散射率也随之降低并进入坪区。结合待测位置处直射、散射中子通量和不同能量的散射中子份额的计算,能解释能量较高的源中子散射率较低的现象。通过在墙壁表面附上一层中子慢化吸收材料的方法可有效减弱中子散射,如5 cm的含硼聚乙烯（10%B4C）可降低散射率约40%。     

我国的热中子散射工作现况和展望

我国已在中国原子能科学研究院建成了国内唯一的、面向全国的热中子散射实验研究基地,并已形成了一些稳定的研究方向,取得了一些有学科价值和应用前景的成果。今后如能继续得到重视和支持,可望开拓一些新的课题,取得新的成果,为以后的发展打下基础。     

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。     

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.     

用活化法测量自成靶陶瓷中子管的中子发生率

以自成靶陶瓷中子管内Ｄ、Ｔ离子束流高斯型分布为依据，建立了中子管中子发生率与中子场中某一点通量密度之间的理论联系，采用活化法间接测量得φ６０ｍｍ自成靶陶瓷中子管的中子发生率为２．２×１０＾８／ｓ。     

Study on porosity of ceramic SiC using small angle neutron scattering

The mechanical properties of functional heat-resistant ceramics SiC are significantly influenced by the concentration and idmensions of pores.Small angle neutron scattering measurements for 3 SiC samples with different densities are performed on C1-2 SANS instrument of the University of Tokyo.Two groups of the neutron data are obtained using 8 and 16m of secondary flight path,1 and 0.7 nm of neutron wave lengths,respectively,After deduction of background measurement and transmission correction,both neutron data are linked up with each other,The patterns of neutron data of 3 samples with Q range from 0.028-0.5nm^-1 are almost with axial symmetry,showing that the shape of pores is almost spherical.Using Mellin transform,size distributions of pores in 3 samples are obtained.The average size (-19nm)of pores for hot-pressed SiC sample with higher density is smaller than the others (-21nm).It seems to be the reason why the density of hot-pressed SiC sample is higher than not hot-pressed sample.     

Cold neutron scattering in imperfect deuterium crystals

The cross sections for cold neutron scattering in mosaic deuterium crystals have been calculated for various target structures. The theoretical results are compared with the recent experimental data obtained at the Paul Scherrer Institute (PSI) with the use of FUNSPIN beamline. It is shown that various patterns of the Bragg cross sections, which were observed in different solid D₂ samples at the same temperature, can be explained by contributions from a limited number of monocrystal orientations and the mosaic spread of about 3 degrees.     

在特定实验条件下的散射中子本底研究

研究了d-T中子源与探测器距离较近时,扣除实验大厅散射中子本底的方法。实验上采用屏蔽法,用了铀裂变电离室。用MCNP/4A程序和FENDL2库数据计算了实验大厅散射中子本底曲线。采用实验和计算相结合的方法扣除了在特定实验条件下的散射中子本底,方法是可行的。     

On the neutron diffraction in crystals in the field of a standing sound wave

The diffraction of neutrons is considered in crystals under the influence of a standing sound wave. The scattering probability is calculated for the elastic neutron-crystal interaction, whereas the neutron-standing sound wave interaction can be either elastic and inelastic. The possibility of short-wave (high-energy) neutrons diffraction is illustrated. It is shown that the Debye-Waller factor can be changed and tuned. The analysis of conservation laws are adduced both for thermal and short-wave neutrons. The formation of a “sublattice” is shown in the process of neutrons elastic diffraction with respect to standing sound wave. The analogous to the Kapitza-Dirac effect is considered for neutrons.The problem is solved within the frame of non-stationary S-matrix theory, where the neutron-phonon interaction is described by the Fermi pseudopotential, which is considered as a perturbation.     

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。