微小角中子散射谱仪的高分辨中子闪烁体探测器研究

微小角中子散射谱仪是中国散裂中子源(China spallation neutron source,CSNS)工程目前在建的谱仪之一,为了实现微小角散射模式下中子衍射的精确测量,要求中子探测器的位置分辨≤2 mm、探测效率≥60%@0.4 nm。在此物理精度需求下,研制了基于⁶LiF/ZnS(Ag)闪烁屏、波移光纤阵列和硅光电倍增管(Silicon Photomultiplier,SiPM)结构的位置灵敏型闪烁体探测器,以实现热中子的高效率和高分辨实时探测。探测效率测试以标准3He管的入射中子数归一化计算得到,位置分辨通过含有“CSNS”字样的含硼铝板验证。本文详细研究了0.5 mm直径波移光纤的光传输性能,对比了不同硅光电倍增管的增益和热噪声特性,并以此设计了有效面积为300 mm×300 mm的探测器工程样机。经测试,该探测器的位置分辨为1.2 mm×1.2 mm,探测效率为(61.8±0.2)%@0.4 nm,达到了工程设计指标,满足了CSNS工程微小角谱仪的中子衍射测量需求。     

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。     

中子小角散射谱仪探测器标定测试方法

介绍了用于中子小角散射谱仪上的二维位敏探测器标定测试方法。通过对MK-640N-1类型二维位敏探测器的3个重要指标:探测器效率、探测器分辨率和探测器单元均匀性的测试和计算,得到了重要的数据指标,对实验的数据的准确分析提供了支持。     

改善中子小角散射谱仪品质的聚焦透镜组设计

根据中子聚焦透镜基本原理,结合绵阳中子小角散射谱仪最小Q布局,设计了一套旨在提高该谱仪品质的聚焦透镜组,并分别计算了使用该透镜组的中子小角散射谱仪在样品位置中子强度、谱仪最小Q值和谱仪Q分辨率的改善情况。     

中子小角散射谱仪Q分辨率计算和对形状因子影响分析

介绍了中子小角散射谱仪分辨率函数及其相关的Q标准差计算方法,分析了Q标准差有关谱仪的几何布局、中子的波长弥散对其的影响.介绍了一维Q分辨高斯函数计算方法.结合两个具体谱仪布局和一个理想实心球体的形状因子曲线,卷积得到了不同谱仪布局下形状因子的弥散曲线,对精确分析中子小角散射数据,应结合使用谱仪分辨率函数.     

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。     

新型中子小角谱仪高效样品测量方法

本课题为2007-2008年度院长基金项目,目的是提高目前与中国科学院合作建造的中子小角散射谱仪的工作效率。中子小角谱仪因其研究尺度处于1-100nm左右,非常适合于聚合物、生物等领域的科学研究。世界上各大中子散射实验室的束流时间安排都非常紧张,为使该谱仪能更有效的开展工作,特开展有关提高该谱仪利用效率的相关研究。     

CSNS带宽限制中子斩波器系统性能研究

带宽限制中子斩波器是飞行时间型中子散射谱仪上的重要设备之一,其性能的优劣影响着谱仪的测试效率.依靠周期性转动的转盘,带宽限制中子斩波器可用于中子波长范围的选择和脉冲周期重叠背底的滤除,提高信噪比.基于安装在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)通用粉末衍射仪上的带宽限...     

中子散射谱仪的计算机测控系统的设计与调试

中子散射谱仪计算机测控系统的研究初步实现了中子散射谱仪4个主要部件:样品台、探测器、单色器和准直器的运动控制,进行了现场控制实验,包括步进电机、伺服电机的控制及光栅编码器的数据获取,控制精度达到实验所需精度的要求,特别是对重达数吨的样品台的精确位置控制,实现了较     

中子残余应力谱仪控制系统修复改造

中国先进研究堆（CARR）中子散射工程拟建造1台测量应力的中子残余应力谱仪。为缩短研制周期，节省费用，从瑞典的R2反应堆引进了一些中子残余应力谱仪部件。这些部件包括样品台xy平台、样品台z平台、探测器台转台、欧拉环、Omega转台和控制这些设备运动的电路板组等。     

基于脉冲幅度谱的3He正比计数管中子散射谱仪探测系统关键参数测定方法

中子散射谱仪探测系统各部件性能参数需相互匹配,准确的参数测定方法利于改进谱仪探测系统的实际性能,提高物理实验数据质量（可信度等）。本文基于³He正比计数管中子散射谱仪探测系统,开发了脉冲幅度甄别器甄别阈、核辐射探测器工作电压以及气体核辐射探测器性能参数的脉冲幅度谱测定方法,这些方法较传统的积分曲线测定方法、坪曲线测定方法以及电压-电流曲线测定方法具有测量时间短、准确度高、应用范围广等优势。     

基于PLC的中子束线开关控制系统的设计

介绍了一种基于PLC(Programmable Logic Controller)控制器的中子束线开关控制系统设计和实现。该系统主要用于散裂中子源多功能反射谱仪,以PLC为控制核心,以步进电机为驱动部件,配以高精度圆光栅进行位置反馈,实现中子束线开关在大负载下的高精度定位。针对中子束线开关的工作位置的重要性和工作环境,对该系统的关键部件进行冗余设计,侧重防护检查和错误处理等,保证其安全可靠稳定运行。模拟测试结果表明,系统能安全处理各类错误状况,长时间稳定工作,空载条件下的系统重复定位精度达到16.2″,满足设计要求。     

常波长超小角中子散射谱仪设计

为探索常波长模式的超小角中子散射（USANS）谱仪技术,在广泛调研的基础上对USANS谱仪作原理设计,用Simres、NOP程序以及解析方法,进行了单色器/分析器的切槽单晶设计,谱仪前置单色器设计,并计算了谱仪最小Q分辨。结果表明,达尔文平台宽度影响谱仪的最小Q分辨,设计选取的Si单晶几个晶面的角度分辨足可使USANS系统的最小Q分辨达10^-5量级,在单色化的中子导管后端,USANS谱仪使用垂直聚焦单色器并不明显增加样品台注量率,为简化单色器结构及其加工,建议对单色化中子后端的USANS谱仪采用非聚焦前置单色器。     

高精度气浮支承转动平台结构设计及精度测试

针对中国散裂中子源(Chinese Spallation Neutron Source,CSNS)多功能反射谱仪反射臂对重负载、大行程及高精度的运动要求,采用气浮支承加摩擦轮驱动的组合结构。先通过气浮支承实现反射臂与地面之间无接触无摩擦,再通过摩擦轮驱动实现反射臂绕着样品台中心进行精确定位运动。为验证该方案的可行性进行气浮支承转动平台样机的研制,并通过对气浮支承转动平台的精度测试得知在全行程范围内其单向重复定位精度为0.000 31°,单向定位精度为0.000 9°。试验结果表明气浮支承加摩擦轮驱动的结构能够满足多功能反射谱仪反射臂的运动要求。     

二维数据处理程序PXY的应用

介绍了中子小角散射实验数据处理程序PXY,该程序能较好地进行多维处理数据.作者做了范例数据的二维处理,并对结果进行分析.还做了AgBE粉末样品的在中子小角散射谱仪上的波长校正实验,并对实验数据使用PXY程序作了处理,分析了处理结果.     

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。     

基于脉冲幅度谱的3He正比计数管 中子散射谱仪探测系统关键参数测定方法

中子散射谱仪探测系统各部件性能参数需相互匹配,准确的参数测定方法利于改进谱仪探测系统的实际性能,提高物理实验数据质量(可信度等).本文基于3 He正比计数管中子散射谱仪探测系统,开发了脉冲幅度甄别器甄别阈、核辐射探测器工作电压以及气体核辐射探测器性能参数的脉冲幅度谱测定方法,这些方法较传统的积分曲线测定方法、坪曲线测定...     

多探测器快中子飞行时间谱仪

描述了一台串列加速器HI-13上的多探测器快中子飞行时间谱仪,并与国际上同类谱仪进行了比较。本谱仪主要用于能量大于8 MeV的快中子散射实验、次级中子双微分截面及带电粒子引起的出射中子能谱的测量。简要介绍了谱仪各主要部分(包括零信号拾取筒、氘气体靶、探测器、电子学等)的结构和特性及其在快中子实验中的应用。     

重水堆水平孔道过滤冷中子谱测量

前言中子散射研究,特别是中子小角散射、低激发态的中子非弹性散射以及具有高分辨的中子散射研究,需要长波长的中子(λ≥4(?))。目前原子能所重水堆上已开展的热中子散射工作基本上是在短波长区域,有必要扩充中子能量到长波长区域。为此,首先需要了解水平孔道漏出的长波中子谱形和一些低能中子单色器的反射特性,以便更好地确定相适应的长波长中子散射谱仪的类型。我们选择了“热解石墨单色器和Be过滤器”结构进行模拟,因为此种组合结构可以获得良好的低能单色中子,并且便利于使用国内产品和已有的设备。     

闪烁体中子探测器读出ASIC-MaPMT_v10性能测试的设计与实现

中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)工程通用粉末衍射谱仪(General Purpose Powder Diffractometer,GPPD)使用二维位置灵敏型闪烁体中子探测器(Position-sensitive Scintillation Neutron Detector,SSND)来获取中子击中位置和时间信息。MaPMT_v10是由中国科学院高能物理研究所电子学组专门为闪烁体探测器前端电子学读出研发的一款专用集成电路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)。为了使该芯片更快地应用于CSNS工程项目中,设计了针对该芯片的测试电路板。该电路板既能在电子学实验室对MaPMT_v10进行各项性能测试,又能直接连接光电倍增管,与探测器组进行联合调试。本文介绍了MaPMT_v10的测试电路板,并给出了该芯片积分非线性(Integral nonlinearity,INL)、噪声等测试的方法和结论。利用本文搭建的测试平台,得到了MaPMT_v10可靠的性能测试结果,该芯片正常稳定和运行可靠。