中子反射谱仪的模拟与优化

中子反射谱仪为中国先进研究堆（ChinaAdvancedResearchReactor,CARR）中子散射工程中的一个重要的子项目,目前,该谱仪的物理概念设计已经完成。该谱仪结构复杂、造价昂贵、建造周期长,为了检验该谱仪各种设计参数的合理性和可靠性,保证谱仪建设顺利完成并达到预期性能,按国际惯例,利用蒙特卡罗方法对该谱仪关键部件的设计参数进行模拟与优化是十分必要的。     

中子反射实验技术

从实验技术角度出发,介绍了中子反射谱仪的分类、基本结构主要部件单元及其相应功能和参数、“PRN—2M”中子反射实验装置及其详细技术特点。结合在“PRN—2M”谱仪上开展的实际工作,详细介绍了中子反射基本实验方法、中子反射实验测量过程以及相关实验调节,包括实验模式选择、极化束光路调节、实验测量主要步骤等。可为开展中子反射实验和谱仪建设提供技术参考。     

CARR上的应力测量中子衍射谱仪概念设计和模拟研究

中子衍射法是迄今为止可直接测量材料或工程部件内部深处应力场分布的唯一非破坏性方法，在工程上具有重要的应用。中国先进研究堆（CARR)中子散射工程拟建造一台应力测量中子衍射谱仪，其主要功能是测量材料中的残余应力和载荷应力。本文介绍了该谱仪的概念设计方案，并应用蒙特卡罗模拟软件MCSTAS对设计方案进行了模拟研究，对部分中子部件参数进行了优化设计。     

中子衍射应力分析谱仪的模拟和优化

本文选择中子散射谱仪蒙特卡罗模拟软件McStas作为研究工具,对中子衍射应力分析谱仪各部件,包括中子导管、单色器、准直系统进行模拟和优化。研究结果可为中子衍射应力分析谱仪建设提供必要的参考数据,对中子衍射应力分析技术的发展有一定促进作用。     

中子衍射谱仪单色器屏蔽模拟设计

中子单色器的屏蔽好坏直接决定着所属谱仪的性能指标，影响自身及周边谱仪数据获取的质量。因此，单色器屏蔽的模拟和设计在中子散射谱仪建设过程中起重要作用。为满足CARR旁热中子双束孔道Ⅱ上两台中子衍射谱仪——高分辨中子粉末衍射仪（HRPD）和高强度中子粉末衍射仪（HIPD）的实际需要，必须对两台谱仪的单色器屏蔽进行综合考虑，提出初步设计方案，并进行模拟或试验验证。     

中国先进研究堆中子织构衍射仪的研制与调试

中子衍射技术作为研究多晶材料内部织构的标准技术之一,在众多领域具有广泛应用。中子织构衍射仪目前已成为中子散射实验室的常规谱仪。针对国内织构测量分析需求而建的中子织构衍射仪作为中国先进研究堆首批建设谱仪之一,现已完成设计、建造和初步调试工作。本文结合谱仪建造的实际工作,较系统地介绍了中子织构衍射仪的测量原理与优势,以及中国先进研究堆中子织构衍射仪的特点、基本组成、性能指标和调试情况。     

中子反射谱仪的闸门与直导管组合设计

为减少中子注量的损失,中子反射谱仪的设计通常需要采用中子导管来传输,最前端为中子束流闸门。论文采用Mcstas模拟计算软件,分别针对闸门通道内表面是否为吸收材料,采用多种组合设计模型进行了模拟计算。结果表明:闸门内表面选用超镜材料对闸门与直导管的组合传输性能有较大的提高,并且发散度增大不明显,这对于分辨率要求不是特别高,位于中子反射谱仪最前端的部件设计是非常有利的。经过多组比较分析,针对水平发散度要求较高的水平散射几何中子反射谱仪的前端组合设计,闸门内表面最好选择因子m=1.5或m=2的超镜,而不是吸收材料。计算给出了不同组合的模拟结果,结果可为相关中子反射谱仪闸门与前端直导管的组合设计提供理论参考。     

冷中子非弹性散射谱仪能量分辨率的模拟研究

能量分辨率是中子散射谱仪设计中需重点模拟计算的一项指标。本文阐述了基于反应堆中子源的两种冷中子非弹性散射谱仪——三轴谱仪和广谱谱仪的基本测量原理,利用MCSTAS软件分别建立两种谱仪的中子束追踪模型,完成了不同中子入射能量和出射能量下的谱仪整体能量分辨率的定量模拟计算。通过对比发现,广谱谱仪由于其测量原理即特殊的变异散射平面的限制,较三轴谱仪具有低的能量分辨率,但这种特殊的变异散射平面的中子散射轨迹却可优化广谱谱仪的分析器和探测器空间布局。通过分析模拟计算结果给出了适用于提高广谱谱仪能量分辨率的中子准直器类型。     

TMSR白光中子源能量分辨率函数的模拟研究

白光中子源及飞行时间谱仪的能量分辨率函数描述了谱仪装置测量中子能量的分辨率与所测中子的能量之间的函数关系。能量分辨率函数用于中子共振截面测量实验数据分析，对确定共振峰参数至关重要。本工作利用Geant4蒙特卡罗工具包构建了TMSR白光中子源的中子产生靶系统模型，模拟了中子在靶系统内由产生到溢出靶系统的整个物理过程，获得了不同能群中子从产生到溢出的时间分布。基于RPI能量分辨率函数形式，对时间分布进行拟合分析，获得了一套合适的参数，用于确定TMSR白光中子源飞行时间谱仪的中子能量分辨率函数。     

高分辨粉末中子衍射仪研制进展

中子粉末衍射技术已成为现今研究材料原子结构和磁结构的标准实验技术，因此，几乎所有的中子散射实验室都配有水平不同的粉末中子衍射谱仪。研制中的高分辨粉末中子衍射仪是国内自行设计和建造的第一台高分辨中子衍射仪，将放置在中国先进研究反应堆（CARR）物理大厅的热中     

中国先进研究堆（CARR）上中子反射谱仪超镜极化器的参数计算

20世纪70年代,F.Mezei[1]提出了超镜的概念,推导了多层膜超镜极化器层厚的公式,并首次测量了Fe-Ag超镜的反射率[2]。超镜极化器具有反射率高、临界角大（可为大然镍全反射临界角的2～3倍）等优点,在极化中子散射实验中受到人们的青睐。随着镀膜技术的发展,超镜极化器已在实验中得到了广泛的应用。 根据中国先进研究堆（CARR）上中子反射谱仪对超镜极化器的要求,确定了中子极化器采用FeCo-Si透射超镜,磁层、非磁层分别采用FeCo合金和Si,衬底采用单晶Si。根据F.Mezei     

中国先进研究堆高分辨中子粉末衍射谱仪模拟研究

应用蒙特卡罗方法对中国先进研究堆 (CARR)上的高分辨中子粉末衍射谱仪 (HRPD)的物理设计进行了模拟研究。给出了谱仪的分辨率曲线、样品处中子通量密度等主要参数的模拟计算结果 ,讨论了高分辨模式和高强度模式下的分辨率和强度变化 ,表明设计方案是可行的     

单球中子谱仪的能量响应模拟及解谱方法研究

本文阐述了单球中子谱仪的原理,介绍了基于单慢化球和19对⁶Li-⁷Li闪烁体探测器构成的单球中子谱仪的结构及解谱方法,使用蒙特卡罗中子输运程序模拟了单球中子谱仪的中子响应函数。计算结果表明,该谱仪具有较好的空间对称性,能根据谱仪中各探测器的计数对源的大致方位进行判断;模拟了单球谱仪在²⁴¹Am-Be源照射下各探测器的计数,使用Unfolding with Maxed and Gravel (UMG)解谱程序在不同解谱算法以及初始谱的情况下对模拟数据进行解谱计算,在使用最大熵散发以及与源项相同的预置谱的情况下,解谱结果最为准确,验证了响应函数的准确性。     

中子反射谱仪前端导管优化

基于两种中子反射谱仪设计(A:前端为8.0 m垂直聚焦导管,入口200mm,出口40 mm;B:前端为1.6+3.4m水平偏转垂直聚焦导管,入口100mm,出口50mm),对其前端偏转/聚焦导管进行了中子束模拟,结果表明:1)在特征波长为0.4 nm的冷中子导管末端,没有必要再次偏转束流以减低本底;2)与建议方案相比,概念设计中的注量下降了52.8%,而水平方向发散度增大了24.1%,垂直方向发散度减小60.7%;3)聚焦导管长度应不低于6.0 m,导管聚焦超镜m值在2.0-2.5最佳,两侧超镜m值对束流几乎无影响,使用中子束高度应不低于150mm可达到较好的注量率和发散度.     

MC法模拟单球中子谱仪响应函数及其能谱解析

利用MCNP5模拟分析了不同直径下基于锂玻璃闪烁体的单球中子谱仪的响应函数,能量范围从热能至20 MeV;模拟了实验室²⁴¹ Am-Be中子源辐射场、载荷舱内空间辐射场内单球中子谱仪的响应函数;采用UMG少道解谱程序进行了解谱计算。结果显示,入射中子能量低于20 MeV时,直径为30 cm的单球中子谱仪通过UMG解谱可得到较好的中子能谱解谱结果;载荷舱辐射环境下,含氢量大的舱壁材料对接近单球表面探测器的热中子能区的响应函数影响最大,对其影响做出修正后可得到一个较好的解谱结果。     

CARR工程冷中子导管系统2008年度进展

按照CARR工程进度的要求,在2008年6月,协助匈牙利MIRROTRON公司,完成了对冷中子导管系统堆内部分的安装,以保证CARR的工程进展。在与中国科学院化学研究所的合作中,按照双方合作将建造的小角谱仪及反射谱仪的要求,与MIRROTRON公司于2008年2月签订了CNGD的加工合同。     

中子Soller准直器摇动曲线的蒙特卡罗模拟和分析

中子Soller准直器是中子散射谱仪一种常用部件,主要用于限制中子束流的发散度,提高中子谱仪的分辨率。准直器的准直角是描述其性能的一项重要技术指标,通过摇动曲线的实验测量获得。本文基于实验测量需求和方法,利用中子射线追踪模拟蒙特卡罗程序McStas对中子Soller准直器摇动曲线实验测量过程进行了蒙特卡罗模拟计算,并对计算结果进行实验对比和解析分析。分析结果表明,模拟计算、实验数据和理论解析三者符合较好,验证了模拟方法的可行性。通过多方法结合来研究摇动曲线,可提高测量分析结果的可靠性,类似的方法也可扩展应用于其他中子光学部件的测试分析。     

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。     

中子粉末衍射谱仪探测系统计算机测量部分的改进

中子粉末衍射谱仪是研究凝聚态物质微观晶体结构和磁结构的实验设备，中子计数强度是谱仪最重要、最基本的参数之一。受到反应堆中子源强的限制，重水研究堆旁的二轴中子粉末衍射谱仪中子计数速率较低，     

20keV～17MeV中子能谱测量

基于质子反冲方法，建立了一套宽能区，高效率的中子谱仪系统，分别用三支充不同气压氢和甲烷的球形正经计数管和一个有机闪烁探没器分段测量２０ｋｅＶ～１７ＭｅＶ的中子能谱，为了去除γ射线本底，对两种探测器分别采用了两种不同的脉冲形状别技术，谱仪直接测量的是中子在探测器中产生的反冲质脉冲幅度谱，通过解决矩阵方程的方法得到中子谱，解谱中所用的各个探测器的中子响应矩阵均蒙特－卡洛方法计算得到，谱仪在全能区的中子