中国散裂中子源工作原理
散裂中子源
应用前景
磁学超导方面：研究人员曾致力于开发出体积小、重量轻而磁力更强的永久磁铁。中子散射实验有助于确定高性能磁性
材料的原子结构。这些为工业界选择磁铁的最佳材料和加工工艺指引了方向。由于开展了这样的研究，我们得以利用永 久磁铁制造出很小的马达，在汽车内自动调节座椅，打开窗户。紧凑型重量轻的磁铁还可提高车辆燃料的燃烧效率
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一期建设内容包括3台中子散射谱仪（设计为19+1台）
建设了反角白光中子源隧道、中子束线和公用设施
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工程概况
工程概况
白光中子源 研究平台 应用前景
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工程概况
工程概况
白光中子源 研究平台 应用前景
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白光中子源
工程概况
中子能区
0.1 eV – 200 MeV
发生损坏，以及能否使用不同的材料和加工工艺生产出一种寿命更长的部件，将中子散射结果与计算机模拟相结合，就 能找到这些问题的答案。
白光中子源
复杂流体方面：利用散裂中子源的高亮度中子束能够加速人造血液的开发；散裂中子源提供的信息还有助于生产用于食
品加工和化妆品的胶囊；有助于控制微观流体的流动以提高润滑剂的性能；有助于合成添加剂，促进或阻止混合，以控 制某些加工工艺；散裂中子源还可帮助研究人员了解弹性材料的结构（例如橡皮筋）与弹性的关系散裂中子源有助于揭 示不同分子结构对材料复杂行为的贡献，使我们深入了解如何生产出最有效的胶和涂料。 科学家酶活性区域的位置，以及某种潜在药物黏附到该区域以阻止酶不良活动的可能性。
白光中子源
质子束能量和强度
脉冲重复频率 中子注量率 时间分辨率 (1eV - 30 MeV) 不同能区中子分支比
散裂中子源科学中心组织架构
散裂中子源科学中心组织架构散裂中子源科学中心（简称SNS）是美国能源部旗下的一座大型科研机构，位于田纳西州的奥克里奇国家实验室内。
SNS的组织架构非常复杂，由多个部门和实验室组成，各部门之间密切合作，共同致力于散裂中子源相关的研究和实验。
SNS的组织架构可以分为以下几个主要部分：1. 中子源：作为核子的一种，中子在原子核和粒子物理研究中起着重要的作用。
SNS的中子源是由线性加速器和质子靶组成的。
线性加速器将质子加速到高能量，然后撞击质子靶，产生大量中子。
中子源是SNS的核心设备之一，为后续实验提供了丰富的中子束流。
2. 中子束线：中子束线是将中子从中子源传输到实验室的通道。
SNS的中子束线由一系列磁铁和光学元件组成，可以控制中子的能量和方向。
通过调整中子束线的参数，科学家可以精确控制中子的特性，满足不同实验的需求。
3. 中子实验室：SNS拥有多个中子实验室，用于进行各种中子相关的研究。
这些实验室配备了先进的实验设备和仪器，包括中子散射仪、中子衍射仪、中子源谱仪等。
科学家利用这些设备可以研究材料的结构和性质，探索物质的微观世界。
4. 研究团队：SNS聚集了来自世界各地的科学家、工程师和技术人员，他们共同组成了一个庞大的研究团队。
这些团队分别负责中子源的运行和维护、中子束线的优化、实验设备的研发和维护等工作。
他们通过紧密合作，确保SNS的运行和实验的顺利进行。
5. 学术交流：SNS积极开展国际合作和学术交流活动。
每年，SNS 都会邀请国内外的专家学者来访，举办学术研讨会和研究生夏令营，分享最新的研究成果和技术进展。
通过学术交流，SNS不断扩大影响力，促进中子科学的发展。
散裂中子源科学中心的组织架构紧密合理，各部门之间相互配合、协调工作，形成了一个高效的研究体系。
SNS的研究成果不仅在基础科学研究方面有着重要意义，还在材料科学、生命科学、能源等领域具有广泛应用前景。
随着中子科学的不断发展，SNS将继续发挥重要作用，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
散裂中子源与中子散射
散裂中子源与中子散射102ms内得到64×32×8的三维数据.frequency-shiftedBURST【是二维BuRsT的变化方案,不进行选片而在选片方向上施加编码梯度场.针对Dante序列激发效率低的弱点,改变射频频率,在不同的扫描中激发不同区域,提高激发效率,同时利用破坏梯度场弥散剩余横向磁化矢量,减小重复时间.这种方法不需要梯度场的快速切换,在几秒内得到三维数据.受二维核磁共振快速成像的限制,三维快速成像刚刚处于起步阶段,很不成熟.相信随着二维快速成像的成熟,三维成像必将有所发展.参考文献ZHCho,NMRIma~ngSymposium.AJolm Symposiumto"BCEIA*95"北京大学出版社.(1995】.E89z.H.ChJoieP.JonesandManbirS/ngh.Foundations ofMedicatI"ng,WI~tet,mletxce,(1993).A.JFrahm,DMatthaeietd.J.脚.-.67(1986】.258G.HGlovec.N.J.Pelc.MagneticResonanceAnnua1.NewY ork,Raven,(1988),299AO[g~t.RGraumann,H.Bartmseta1.FAect~ed—ica,54(1986).15ML.Gyngell,TopicadConfere~:eonFast№gnRson[m~ngTeeh.(al~str),(1990)A.Haase,Mag-n.Resort..13(1990).77 PManafidd,J脚.c;Sol/dState脚.,l0'1977),1.55M.SCohen.RMWeisskoff+MagnReinImag—ing.9(1991),1(1988),391K.OshioandDFeinherg..ResortMec1.20f199l】.344silnggi'l~,J.MagnResort.,54(1983).338. CBAha.JHKim.ZHCho,肛'雎TansMecl Imaging,MI-5(1986】.2.J丑n-RayLiao.F.GrahamS0mm.R.J.Hedkema1.. .Re.~nMed.34(1995).490.JHennis,P.SMRM7thAnnualMeeting,(1988). 238【_jk晰e,R.EWy自ong,JMagnResonS嘲B, 101(1993),106.LAha,I_J.Lowe,MagnResort,,33(1995),377.DPMadio,IJLowe,MafiaRMed.34 (1995】.525.RDelchmam~.HAdolf.UNoth.MagnRe-son.M.,(1995),481MEMeye~ad.EC.Wong.MagnRein (34)(1995),618KSclleffler,JHennig,MagnRamn..35(t996),569.H.Bruder,HFischer,H.EReinedderet.. ResanMa/.,23(1992).311.JFrahm.A.HaaseandDMatthaei.J.(mf.AstirTomo~.10(1986),363HJ踊,F.wdL,HChung,MagnRasonM,2'(1993),528JMa.F.WWehdi.HKSong.MagnReson.(1996).903AMAbdd,AH.Ahtm~a,dPLRoMtailh..Resort.Mat,34(1995),144P.RHarvey.PMansfidd.n..,35(19961.80.J.H.Duyn,P.(;eeren.Gbuet.MagnReson.奎盘_±E一(中国原子能科学研究院.北京102413)),429D等|S3摘要文章介绍了散裂中子源的物理基础,中子散射用散裂中子源对加速器的要求和靶系统的特点.阐述了利用散裂源.尤其是脉冲散裂源进行中子散射实验的主要优点,井对我国建造散裂中子源的*1997年2月17日收到初稿.1997年5月14日修回物理儿控H"博加n站:.拍"l23456789发展战略提出了建议告}镶调堂型!王堕,重量-曼翌l引言散裂反应是1947年在B~ldey发现的_1中能轻粒子打到重靶上可以产生大量中子.50 年代初以后,美国和加拿大曾先后开展过雄心勃勃的加速器生产核燃料计划.虽然都很快下马, 但他们的工作,为以后散裂源的应用和强流质子直线加速器的发展起了很大的推动作用.7O年代,美国LANL首先建成800MeV,lmA强流质子直线加速器介子工厂(LAMPF),这是强流质子直线加速器发展的里程碑,也是至今流强最高的中能质子直线加速器,L岍的建成和近20年的运行经验,为进一步发展大功率强流质子直线加速器奠定了技术基础.70年代开始,利用散裂中子源和中子散射方法进行凝聚态物理研究,受到广泛重视.先后建成了不少稳态和脉冲散裂中子源. 1985年,英国在Rutherford实验室建成ISIS脉冲散裂中子源,质子能量800MeV,平均流强200~n,是当前最强的脉冲散裂中子源散裂中子源的建成,大大提高了用飞行时间方法进行中子散射实验的分辨率和扩大了中子散射实验的应用范围.90年代开始,已有散裂中子源都纷纷进行改进,以进一步提高功率,新一代大功率散裂中子源也在计划建造之中.欧洲共同体准备建造功率为5Mw的ESS脉冲散裂中子源.美国已决定在ORNL建造5MW级的脉冲散裂中子源.俄罗斯也计划在莫斯科建造4MW级的脉冲散裂中子源.新一代散裂中子源的建成,将对中子散射实验和其他多方面研究领域的应用起到重要的作用.2散裂中子源的物理基础散裂反应发现后不久,1947年1O月,R.Serber就提出级联一蒸发两步过程散裂反应26卷(1997年)3.0朝'机制【4】.当质子能量远大于靶核内核子间结合能时,质子与靶核碰撞为核子一核子间准自由碰撞.碰撞产生1"1,P,等次级粒子.入射质子和这些次级粒子又可与核内其他核子碰撞,或跑出核与其他核的核子碰撞,如靶厚,经多次级联碰撞,直到其能量损耗到接近核内结合能为止残余核处于激发态,少数情况可产生高能裂变, 多数情况通过蒸发中子冷却靶核如是u等锕系核,还会产生快中子裂变.所以,散裂反应产生大量散裂中子和裂变中子1965年,J.S.Fraser等第一次用加速器测量高能质子在不同重靶上的中子产额(图1).对于@10.2cm×60cm的圆柱靶,得到中子产额为.,,,f0.I(A~20)(Ec.v一0.120).似>9.除u外) …【50(Ec~v一0.瑚),(锄u)(1)0.2GeV≤E≤1.5(越,.根据(1)式,一个1.5GeV质子打到上述铅靶上,可产生31个中子,打到u靶上,可产生69个中子,与图1的实验结果相符台.圈1高能质子在不同靶上中子产藕测量结果根据射程公式,R(E):(EGev.ol032),(2)D..6o1?式中z≥10,01<~--E.焉1GeV.如要求全部质子都阻挡在靶内,1GeV的质子束需要的靶长, 对UlPb,W,Ta靶分别为34cm,54cm,31cm和51cm;1_5GeV质子束,对u,Pb,W,Ta靶分别为65cm,96cm,55cm和92cm.但考虑到E< 300MeV后,中子产率很低,有效靶长还可缩短.中子在靶内的轴向分布与射程和高能核子非弹性碰撞自由程有关,沿轴向指数衰减.径向分布与高能核子非弹性碰撞自由程有关,除轴线附近外,也按径向指数衰减【6_.因为#= 15.9A2/3mb/核,高能核子(E≥50MeV)非弹11性碰撞自由程为L=-=了-.非弹P,佛,口非弹高能核子在u,Pb,W,Ta中非弹性碰撞自由程分别为llcm,17cm,9.8cm和16cm.如质子束沿靶轴线射入,靶的半径应不小于非弹性碰撞自由程.散裂反应中子谱主要由高能核子级联反应图2散裂反应4中子谱{E800MeV,=15era×30era.u和Ph靶,轴向入射)中子,蒸发中子和裂变中子三部分组成.级联反应中子谱较硬,最高能量达入射质子能量,平均在100MeV左右;蒸发中子平均能量在10MeV 左右;裂变中子能量在2—3Mev.这些中子跑出靶以前还可以经过几次碰撞,因靶的大小不同而得到不同程度的软化.图2是Fullwood计算的从Pb和u靶跑出的4H散裂中子谱_6】.高能部分为核子级联反应谱,20MeV以下的主要为蒸发谱.~sU的蒸发谱占全部散裂中子谱的97%.Pb占95%.级联中子虽占少数,由于能量高,对于屏蔽要求却起了主要作用.每个入射质子或从靶中跑出的每个中子在靶内沉积能量大小,对散裂源可达到的最大中子流强起决定性作用.能量沉积与质子能量,靶材料,靶大小和靶内产生裂变数有关.Fraser对质子在l0.2cmX60cm的u和Pb靶中的能量沉积作过比较_53.1GeV质子在238U上约为50Me1,/n(1750Mev/p),在Pb靶上约为24Mev/n(528MeV/p).~sU的裂变数比Pb靶大,能量沉积较大.裂变堆产生每个中子沉积能量是200MeV/n与1GeV质子的散裂反应相比,是u靶的4倍,Pb靶的8.3倍.常规裂变堆的中子通量提高主要受到裂变堆功率密度和辐照损伤的限制.所以,固体靶散裂中子源强度极限有可能达到裂变堆的4至8倍,如用流态靶,中子源强度还有可能更高.在散裂反应中,存在着部分高能裂变和快中子裂变,因而也含有部分缓发中子,但比常规裂变堆少得多.缓发中子造成与时间无关的本底中子,对于需要利用脉冲中子源进行飞行时间实验是不利的.M.Steinberg[3估计过在238U 靶中高能裂变和快中子裂变产生的中子数.快中子裂变随agpu含量增加而迅速提高.所以,在高分辨的实验工作中,最好不用可裂变物质作靶材料.如用铀靶,最好用贫化轴,并且不让Pu积累过高.3中子散射用散裂中子源对加速器的要求散裂源要求有稳定,可靠,高效,性能好的物理中能强流加速器.至于加速器类型选择,具体性能指标,则根据使用目的而定散裂源一般采用质子束.入射质子能量高,中子产额高.但能量也不能太高,太高了介子产生截面增大,每个中子能耗增大介子产生阈值约在E=300MeV,E.=1.7GeV时,非弹()=弹,E>4.7GeV时,非弹()》弹.所以,不要高于5GeV,以1.7GeV以下为宜.但质子能量也不能太低,低于800MeV,每个中子能耗明显增大,中子产额明显下降5】.1GeV以上中子产额与束流功率基本上成正比,当中子产额要求确定后,质子能量和束流大小互为倒数关系. 可按具体情况选择能量和流强.对于直线加速器来说,能量高在技术上不成问题,但越高造价越大.反之,束流越大,对加速器能量要求越低, 造价和运行费越低,部件出故障几率也越小.一般来说,以尽量利用可以达到的,可靠而稳定的最大束流强度最为经济.表l是已建成或计划建造的几座中子散射用散裂源的平均流强和平均功率.表1中于散射用几种散裂中子源的流强指标E.(Gev)f(mA)P(MW)(曲?sLANCSE0000800750.06～1012脉冲1s1S0.8000.加00.1603×1012姝冲ESS1.3443.855×1014姝冲s1NQ0.5901.50.92x101'CW^USnⅢ1.60.1250.2005×10l姝冲KENs_U3.0).2--0.4】.6—1.:—1B×10:脉冲已提出的中子散射用散裂源的质子流强在5mA以下.目前国际上已达到的流强,质子直线加速器以LAMPF最高,已选1.2mA.圆形加速器以PSI的SIN最高,已选1.5mA.直线加速器达到5mA甚至更高估计问题不大.准备建造的欧洲散裂源ESS流强已接近5mA.美国产氚加速器APT设计指标为250—300mA.圆形加速器,CREN和PSI使用,正在研究设计建一座10mA左右的等时性回旋加速器系统.一般认为,对圆形加速器,根据目前已有的理论与技术,强度达到10mA以下是有可能的,比26卷(1997年)10期10mA大很多是不大可能的.中子散射应用的散裂中子源有三类:(1)稳态.如已建成的加拿大TRIUMF上的TNF散裂源和PSI的SINQ散裂源. (2)长脉冲.～lO坤,这类散裂源近年来开始受到重视.短脉冲中子源经过慢化到1meV 以下后,也都变成102/~s的长脉冲中子束.因而在1meV以下进行中子散射实验,可以直接用中能LINAC.(3)短脉冲.<1/J.s,1o__1o0Hz,是当前主流. 实现短脉冲高通量散裂中子源的办法:方案一:低能LINAC+质子同步加速器(如Argonne实验室的LPNS和Rutherford实验室的ISIS).低能LINAC输出质子束,经同步加速器聚束并压缩成短脉冲.这种方案,造价和运行费较低,但同步加速器技术难度大.方案二:中能LINAC+储存环(如LANL的uSCE和ESS).中能质子束,经储存环,压缩成短脉冲.这种方案造价运行费较高,储存环难度相对较低.采取什么方案,应根据建造单位具体情况而定,如LANSCE是因为已有了LAMPF,再加个储存环比较经济.欧洲共同体准备建造的ESS选用第二类方案.采用储存环,技术上更有把握.4中子散射用散裂中子源靶系统f一中子散射用靼系统主要由靶和慢化体组成.图3是中子散射用靶系统图,图3(a)是示意图,图3(b)是INPS靶系统J.中子散射用靶系统要求在I出中子束的慢化体表面获得最高的中子通量,而不是追求靶内总中子产额.因此,选择靶材要求中子产额高,吸收中子少,密度大,体积小常用靶材料有Ta,w,Pb,B.'u等重元素及其合金.慢化体要求体积小(～10cm×10cm×5cm),含氢密度高,慢化效率高,以求得尽可能短的脉冲和尽可能高的中子通量.常用慢化体有CH2,cH,H6,N,H2,H2O等.常用靶材和慢化体的603?(b)圉3中子散射用戢裂中子漾靶系统性能可参阅文献[8].靶的形态,<1MW时用固体靶;>lMw时可用旋转固态靶或液体金属靶.各种靶都要有相应的冷却系统.IPNS的靶系统用u靶.NaK冷却,靶上部有两个慢化体,下部有一个604-积分柬瘴{aIAb92刮5311174.9l1弼.8l2".叫l261I107"弛9 寿¨年)l<1l<1I<ll<1l<ll<1I<lI～4—5根据ISIS的经验,损坏原因主要是由于辐物理照损伤,尤其是高频脉冲大功率热负荷,导致铀靶肿胀,影响导热,l起熔化烧坏.控制好质子束靶点大小与对中,防止热冲击波(如突然停机,开机,关机太快等)是延长靶寿命的重要措旋.必须监测靶与冷却剂的温度,流量,压降和FP放射性等,及时掌握靶的损坏情况.盲目=:圉4慢化中子谱与慢化体温度关系(a)IS|S三种慢化体的懂化中于谱;(b)Iu慢化中于谱与|$1S-SN$等嫂慢化中于谱5用散裂中子源(尤其是脉冲散裂中子源)进行中子散射研究的优点(1)由于散裂源产生每个中子在靶中能量26卷(1997年)10期沉积比裂变堆低4—8倍散裂源的单位体积中子极限强度可达裂变堆的4—8倍,因而散裂源可以用比较低的束流功率.在比较小的靶体积上产生与高通量堆差不多.甚至更高的平均中子通量.例如,几个mA束流,5MW束漉功率的散裂中子源ESS就有可能产生与高通量堆ILL (60MW)接近的平均热中子通量(5×10"n/cm2一s.目前,在稳态和脉冲散裂源上主要做那些在高通量堆上进行困难的,效率差的和根本不能做的工作.到2l世纪,到散裂中子源的平均中子通量达到和超过高通量堆中子通量后,目前高通量裂变堆上所作的工作也就都可在散裂源上进行.(2)在同样的平均功率下,脉冲源的峰值中子通量可远大于稳态源的中子通量.而飞行时间实验可以利用的有效中子通量正是峰值中子通量,即等效中子通量.在同样的平均功率下. (脉冲源)=÷—(脉冲源).'J(3)(稳态源)凸E'J式中△f为脉冲宽度.,为重复频率,△f?f=占空因子.对于≤1的脉冲质子束产生的散裂中子,慢化到低能中子后,脉冲展宽到～2/E(eV)在E=leV处.At=2~ts;在E=10meV处,At=20s.如重复频率为50Hz,占空因子分别为l00和l0～,即脉冲源的峰值通量在超热中子区比稳态源高10倍,在热中子区高10倍.图4(b)中右边纵坐标刻度值是散裂源的平均中子通量.左边纵坐标是ILL的中子通量和SNS的等效中子通量.因为SNS的峰值中子通量比平均中子通量高l倍以上.平均功率只有160kw的散裂中子源的等效慢化中子通量,可与60MW高通量堆的慢化中子通量相当.甚至更高.在超热中子区,还远高于ILL.稳态源也可以脉冲化.但峰值通量就是稳态源的平均中子通量.脉冲化后,一般占空因子不到10-2,所以,中子有效利用率不到10～.采用固定谴长谱惶口—一一l::佯品图5稳态源和棘冲源进行中于散射实验比较(3)图5是甩稳态源和脉冲源进行中子散射实验的比较"].用稳态源需采用固定波长谱仪和单色器,有效利用中子份额为M=舌～1 1.式中r为中子谱全谱宽度,为0处单色1UU器的能宽.用脉冲源进行飞行时间实验,采用固定角度谱仅.利用白光源全谱,中子有效利用率为M=1,比稳态源中子利用翠提高100倍. (4)散裂中子源的慢化中子谱为欠慢化谱,除麦克斯韦分布tz#b,在高能端有一个1/谱的超热中子区【图4(b)】,使脉冲散裂中子源具有裂变堆中子源所没有的独特功能,大大扩展了中子散射研究范围,可以进行比裂变堆中子源大得多的能量转移和动量转移实验.图6是用裂变堆中子源和脉冲散裂源进行实验得到的动量转移(Q)和能量转移()的空间,裂变堆中子源可以得到的最大能量转移为lOOmeV.最大动量转移为10A~1左右.而脉冲散裂中子源可得到的最大能量转移和动量转移分别为lOeV和loo~_.散裂源的最小动量转6嘶?下1;移值也比裂变堆低.脉冲散裂源的S(Q,)空间比裂变堆中子源的S(Q,)空间大得多,从而大大扩展了结梅和动态特性研究领域如利用高能转移以研究高能激发,利用高动量转移(Q=4sin8/)进行高空问分辨率的结构研究等.在脉冲白光源飞行时间实验中,单次脉冲一1>E镩蜱埘翟图6不同中子源可以得到的0.空间物理就覆盖了很宽的Q和.这对于需要同时进行很宽范围的不同AE,Q的动力学实验也特别有利.由于脉冲散裂源可以产生～2/√E(eV)脉宽的慢化中子束,从而可以研究各种瞬态现象.(5)脉冲散裂源进行飞行时间实验,可以得到很高的分辨率.飞行时间谱仪的能量分辨率为.E-2_8,()×10(4)对于慢化中子谱测量,△￡决定于脉冲源的脉冲宽度,慢化谱时间展宽和探测系统时间分辨后两者之和约为--2000ns/.所以,中子源脉冲宽度不大于l时,△￡可以得到最小值～2000(ns)/v厂,能量分辨率可达s('20丽00)×10—5=而5.6×10—2子源的问题.关于我国建造散裂中子源的发展战略,建议如下:第一,选择质子直线加速器,适合近期中子散射和其他基础研究对脉冲散裂中子源的需要,又适应发展先进核能系统的需要;第二,必须采取两步战略:第一步,建造脉冲散裂中子源,甩于中子散射实验,适应凝聚态物理,高能核物理,粒子物理等需要.同时也是为第二步创造条件.争取在2015年前后建成一座5MW级散裂中子源;第二步,经过预研,评价,筛选,我国发展先进核能系统(或称"洁净"核能系统或氚生产厂)确定走加速器驱动的方向后.再发展大功率,CW,中能强流质子直线加速器和相应的靶系统和次临界装置.质子能量为1.5—2Gv,流强根据当时国际发展水平和我国当时设计建造的先进核能系统规模而定. L决定于源强和重复频率.但如利甩中子导管,只要慢化体表面得到足够强的慢化中子通量,L可以相当任意地延长,如英国ISIS上高分辨粉末衍射谱仪(HRPD)的中子导管达96m,谱仪分辨率达Ad/d=5×10～.(6)脉冲散裂中子源还具有本底中子极少,样品上设置高温,低温,高压,磁场等条件比较方便,尤其是不消耗高浓铀等一系列优点.由于脉动散裂中子源具有上述种种优点,21世纪后,国际上总的趋势是再建中子散射甩强中子源,都将采用散裂中子源方案,一般不大会再建高通量裂变堆.6我国应认真考虑建造散裂中子源鉴于散裂中子源的广泛应用前景和国际上发展的总趋势,我国应该认真考虑建造散裂中26卷(1997年)10期'参考文献W.M-Btobeck,EO-Lawrenoset胁R-.71 (1947).499[2】BBCunningham虬..PAys.Rev.,72(1947),739. [3】GTS~borget脚,胁,72(1947),743[4】RserbeL脚.晶..72(1947),ll14[5】,SFraser,Ca,mda,21-2(1965),17.[6】RRFullwo~let,LA-4789,(1972)[7】M.Stdnberg虬..BNL-5~592.16.[8】,MCarpenter,J.145(1977),91[9】ISIS1蛳AnnualRep0nRAL.(1986).[10jP.R.Willimm,Ptocof2ridIntSymp.帆Advanced NuclearEnergyR~eareh,24--26J蚍.1990,MhoIb~'alki,J,(1990),4[11]KSkold,D.LlPrice,MethodofExperlmenudPhysics, vo1.23,NeutronScatteringtPartA,AcademicPressInc(London).(1986),137[12]ImnS.KGazdner,EPAC94,(1994),3[13]c.G.趾IdI,ERDA-c("FI760601.91.(1976).102.[14]Y a~aoEndch,Ptoc.of2rid[at.∞Advanced NudmrEnergyRes~wch,24—26,丑T.1990,M,Jap~,(199O),141。
散裂中子源(3.7GeVp+Pb)靶散裂研究中Lavsan探测器的应用
拟高能质子因诱发靶原子电离而本身损失能量使其运动速度放慢 的过程 ； 接着质子与靶核发 生作用 ， 其中有些作用将会使靶核发生散裂反应（ 质子进 人靶 核与核 内核子碰撞 ， 把核子碰出
１ 西北 核技术研究所 （ 西安 ７０２ ） １０ ４ 北京 １２ １ ） ０４ ３
２ Ｋ ｍｅｅ ｅ Ｂ １ ，Ｐ ｉｐ ｓ ｎｖｒ ｔ （ ｅ ｈｍｉ，Ｆ ５ ｈｌ ｐ —Ｕ ｉ ｓｙ，Ｍａｂ ｒ，Ｇ ｒ ｎ ） ｉ ｅｉ ｒｕｇ ｅｍａｙ
３ 中国原子能科学研究 院 （
摘要
利 用 Ｌｖａ 测器 探测 了直径 ８ ｍ、 ２ ｅ ａ ｓｎ探 ｃ 厚 ０ ｍ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 Ｌ ｖａ 测结 果及 ａｓｎ探
理论模拟 结果 。
关键词 固体径迹 探测器 ，ａｓｎ探 测器 ， Ｌ ｖａ 散裂 中子源
中 图分 类号 Ｔ ８５７Ｔ ５３４ Ｌ １ ． ， Ｌ ０ ．
９ ０年代 初 ， ｕｂａ等 ¨ 提 出 了加速 器 驱 动 的反应 堆 。这 种 系 统 的 主 要 思 想 是 由一 台加 Ｒ ｂｉ
由于与靶棱作用远离入射点37gev质子数减少由它引起的散裂反应数减少而且离开入射点越远次级粒子与靶核作用而损失的能量也越大由它重新引起散裂反应的几率也越小因此铅靶散裂反应数沿轴向及经向的分布呈现递减趋势
维普资讯
第２ ５卷
第 ７期
核
技
术
Ｖｏ ．２ １ ５，Ｎｏ ７ ．
罗方法完成的。在这样一个 由高能质子轰击重靶的系统 中， 靶核 的散裂反应利用俄罗斯 Ｄ ｂ ｕ—
核反应中的中子释放
核反应中的中子释放核反应是指原子核之间发生的各种变化和相互作用。
在核反应中，中子的释放起着重要的作用。
本文将介绍核反应中的中子释放的原理和应用。
一、中子释放的原理中子是构成原子核的基本粒子之一，它没有电荷，质量略大于质子。
在核反应中，中子的释放可以通过以下几种方式实现：1. 裂变反应裂变反应是指重核（如铀、钚等）被中子轰击后发生的核反应。
在裂变反应中，中子被吸收后，重核不稳定的原子核会分裂成两个或多个较轻的核，并释放出中子。
这些释放出的中子可以继续引发其他核反应，形成连锁反应。
2. 聚变反应聚变反应是指轻核（如氢、氦等）发生的核反应。
在聚变反应中，两个轻核融合成一个较重的核，并释放出中子。
聚变反应是太阳和恒星的能量来源，也是未来核能的发展方向之一。
3. 散射反应散射反应是指中子与原子核碰撞后发生的核反应。
在散射反应中，中子被原子核散射，同时释放出中子。
这种反应常用于中子探测和中子源的产生。
二、中子释放的应用中子释放在核能领域有着广泛的应用，包括以下几个方面：1. 核能发电核能发电是利用核反应释放的中子来产生热能，进而驱动涡轮发电机发电。
核反应堆中的裂变反应释放的中子被吸收，使得核燃料发生链式反应，产生大量的热能。
这种热能可以转化为电能，供人们使用。
2. 放射性同位素制备中子释放还可以用于放射性同位素的制备。
通过将目标物质置于中子源中，中子与目标物质发生核反应，产生放射性同位素。
这些放射性同位素在医学、工业和科学研究等领域有着广泛的应用。
3. 核武器中子释放也被应用于核武器的制造。
核武器利用中子释放引发裂变反应或聚变反应，释放出巨大的能量和破坏力。
这种应用是极其危险和不可取的，因为核武器的使用会给人类和环境带来巨大的灾难。
4. 中子探测中子释放还可以用于中子探测。
中子是一种中性粒子，不受电磁力的作用，因此可以穿透物质。
利用中子与物质发生散射反应，可以探测物质的成分和结构，广泛应用于材料科学、地质勘探等领域。
中国散裂中子源注入系统电切割磁铁物理设计
＊
收 稿 日期 ：０ １１－５ ２ １ —１０ ；
修 订 日期 ：０ １１ —２ ２ １－２１
Ｈ一 束流 经 主剥 离 膜 （ ｔ １ 剥 离 后 注 入 Ｒ Ｓ环 ， ｇ Ｓｒ ） 一 Ｃ ＩＥ ２用来 完成 Ｈ ＳＰ 束 流 从 辅 助剥 离 膜 （ ｔ ２ 到 Ｓｒ ） 一 废束 站 的引 出 ， １给 出 了注人 系 统 的整 体布 局 。 图
这两块 电切 割磁 铁 的工作 磁 场 为 ０ ３ 有 效 磁 ． ３Ｔ， 长度为 １ ２ｍ， ． 可将 动能 为 ８ Ｖ 的注入 束流 偏 ０Ｍｅ 转 １ ． 。 入 ＲＣ ７２注 Ｓ环 中 ， 割 板 整 体 厚 度 需 要 不 切 一
ｚ ｍ ／
超 过 ２ ０ｍｍ， 平 和垂直 方 向上好场 区 内 ， 水 即在 ｆ
ｌ １ ≤ ２ｍｍ 且 ｌ ≤ １ Ｙｌ ２ｍｍ 的范 围 内场 均匀 度需要
达 到 ５ １～ 。 × ０ １ ２ 电 切 割 磁 铁 ２维 物 理 设 计 ．
Ｆｇ １ Ｌ ｙ ｕ ｆ ｎ ｅｔ ｎ ｓ ｓｅ ｏ Ｓ ／ Ｃ ｉ ｇ ｉ． ａ ｏ ｔ ｊｃｉ ｙ ｔ ｍ ｆ ｒＣ ＮＳ Ｒ Ｓ ｒ ｏｉ ｏ ｎ
入 系统 的直 流 Ｃ型 特 种 电 切 割 磁 铁 进 行 了 ２维 ／ ３维 磁 场 计 算 和 设 计 ， 过 放 置 １ｍ 厚 的 Ｄ ４铁 磁 性 屏 蔽 通 ｍ Ｔ 板 ， 将 循 环 束 流 轨 道 上 的 边 缘 漏 场 比降 低 至 ２ ６ １一 ， 大 减小 了 切 割板 外 侧 的边 缘 漏 场 对 循 环 束 流 动 力 可 ．× ０ 大 学 的影 响 。另 外 ， 该 类 型 切 割 磁铁 的线 圈做 了详 细 的 水冷 计算 ， 对 以保 证 磁 铁 能 在 适 当的 温 度 下 运 行 。结 果 表 明 ， 论 从 物 理 上 还 是 工 程 上 ， 类 型 磁 铁 完 全 可 以 满 足 Ｃ Ｎ ／ Ｓ注 入 系 统 物 理 设 计 以及 长 期 稳 定 ＣＳ环 注 入 系统 布局 图
中子衍射的原理及应用
中子衍射的原理及应用1. 前言中子衍射是一种通过将中子束传播到晶体上并分析衍射图案来研究晶体结构的实验技术。
中子衍射具有许多独特的性质，使它成为研究材料结构和物态的强大工具。
本文将介绍中子衍射的原理和一些常见的应用。
2. 中子衍射的原理中子衍射的原理基于中子的波粒二象性。
与X射线衍射相比，中子衍射因中子与原子核之间的散射相互作用更显著，因此可以提供更多有关晶体结构的信息。
中子衍射实验通常使用中子散射仪器，其中包括中子源、样品、控制器和检测器。
中子源产生中子束，样品通过调整角度和温度进行定向。
当中子束通过晶体时，会与晶体中的原子发生散射，形成衍射图案。
检测器可以记录衍射图案，并通过分析来获得晶体的结构信息。
3. 中子衍射的应用3.1 晶体结构研究中子衍射技术被广泛应用于研究晶体的结构。
通过分析衍射图案，可以确定晶体内原子的排列方式和间距。
这对于理解材料的物理和化学性质非常重要。
3.2 蛋白质晶体学中子衍射在蛋白质晶体学中也有重要应用。
蛋白质晶体是研究生物大分子结构和功能的关键。
与X射线衍射相比，中子衍射可以提供更多关于氢原子位置的信息，这对于理解蛋白质的功能机制非常重要。
3.3 磁性材料研究中子衍射还可用于研究磁性材料的结构和性质。
中子对磁矩的散射非常敏感，可以提供关于磁性材料中磁矩分布的信息。
3.4 电池材料研究中子衍射技术在电池材料研究中也有广泛应用。
通过分析电池材料中的晶体结构，可以了解材料的离子扩散路径和充放电机制，从而改进电池性能。
3.5 金属材料研究中子衍射还被用于研究金属材料的结构和相变。
中子衍射可以提供关于金属晶体的晶格参数、应变和相变过程等重要信息。
4. 结论中子衍射是一种强大的研究材料结构和物态的技术。
它的原理基于中子的波粒二象性，通过分析中子在晶体中的衍射图案来了解晶体的结构信息。
中子衍射已在许多领域得到应用，包括晶体结构研究、蛋白质晶体学、磁性材料研究、电池材料研究和金属材料研究等。
中国散裂中子源快周期同步加速器磁铁电源系统
目前 在 国外 加 速 器 实 验 室 中 ， ５Ｈｚ以上 的 高 ２
能 强 流重 离 子 加 速 器 大 多处 在 设 计 建造 阶段 ， 其 磁 铁 电源 系统 尚有许 多设 计 与 建造 的关 键 技
术 需 要解 决
中 国散 裂 中子 源 快 周 期 同步 加 速 器 磁 铁 电源 系统
齐 欣， 雄 徐中
（ 国 科 学 院 高 能物 理 研究 所 加 速 器 中 心 ， 京 中 北 １０４） ０ ０ ９
摘要： 目前 正 在 进 行 可 行 性 研 究 的 中 国散 裂 中 子 源 的 主 体 结 构 是 １台 强 流 质 子 同 步 加 速 器 。 该 加 速 器 的一 期 目标 为 注 入 能 量 ７ Ｖ、 出能 量 １ ６Ｇ Ｖ、 流 功 率 １ ０ｋ 、 环 工 作 频 率 ２ 。 文 章 阐 述 ０Ｍｅ 引 ． ｅ 束 ０ Ｗ 循 ５Ｈｚ 系统 总 体 结 构 的 设 计 原 则 以及 二 极 磁 铁 （ ） 四极 磁 铁 （ 磁 场 的 跟 踪 误 差 要 求 。 Ｂ和 Ｑ）
ｄ ｕ ｏｅｍａ ｎ ｔ Ｑ）ｆｅｄ ｔａ ｋ ｎ ｕ ｉｇ ｂ ａ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ｐ ｒｏ ｒ ｌｏ ｄ ｓｕ ｓｄ ｒ ｐ ｌ ｇ ｅ （ ｉｌ ｒ ｃ ｉｇ ｄ ｒｎ ｅ ｍ ｃ ｅｅ ａ ｉ ｅ ｉ ｄ ａｅ ａｓ ｉｃ ｓ ｅ ． ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｗｅ ｕ ｐ ｙ ｓ ｓ ｅ ；ｒ ｓ ｎ ｎ ｅ ｗｏ ｋ；ｔ ａ ｋ ｎ ｒ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｒ ｓ ｐ ｌ ｙ ｔ ｍ ｅ ｏ ａ ｔｎ ｔ ｒ ｒ ｃ ｉｇ ｅ ｒ ｒ
成 部分 ， 将 Ｈ 轰击 剥 离 膜 而 得 到 的质 子 进 它
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中国散裂中子源工作原理
散裂中子源是一种用于产生高能中子的重要科研工具。
其工作原理主要包括三个步骤：质子加速、靶材直接或间接转化产生源中子、中子从透镜中发射。
第一步：质子加速
散裂中子源主要使用质子加速器作为驱动器，将质子加速到一定的能量，作为与靶材
相互作用的粒子。
一般使用直线加速器（LINAC）/ 循环加速器（CYC）/超导电子回旋加速器（CEA）。
第二步：靶材直接或间接转化产生源中子
当质子束穿入靶材中时，由于其高能，靶材原子的电子被剥离，散裂出来的中子与原
子核碰撞，从而使原子核激发并发生裂变，释放出中子。
在散裂中子源中，我们通常使用
金属靶材，如钨、钇等。
除了直接裂变法外，还可通过中子反应或核反应转化产生源中子。
例如，利用锂靶材
的散裂中子源，质子束首先将锂原子核激发到高能的中间态，然后受氢原子的反应转化为
中子。
第三步：中子从透镜中发射
中子裂变后，由于其轨迹是非常不规则的，因此需要通过透镜将其聚集起来，让相同
能量的中子的轨迹相似，并形成一个束。
中子束是经过几次反射和折射形成进一步聚焦和
成形的。
最后，通过垂直或水平的中子束管将中子束传送到实验室，以用于各种材料研
究。
总之，散裂中子源产生高能中子的基本原理是：首先将质子加速到特定能量，然后使
其与靶材原子核相互作用，导致原子核发生激发、裂变、固有广义剩余核子共振等反应，
从而产生源中子。
最后，使用中子透镜将中子束型成符合实验需要的样子，传送到实验室
进行应用研究。