首页 | 工程概况 | 建设背景 | 建设意义 | 建设方案 | 建设内容 | 进度计划 | 工程组织 | 环境影响 | 用户专区 | 人才招聘
     
 
   建设背景
 
 
 
 

国内现状

 
 
 
  项目建设背景(三)  
 

    散裂中子源靶站技术的发展的主要目标,是提高中子通量和拓宽中子波长范围进行。一般认为,束流功率低于500kW时,水冷片状固体重金属靶是散裂中子源较合适的靶系统方案。为进一步提高中子通量和靶的使用寿命,依据束流功率水平和用户需求,相继提出和应用了扁平形状靶体、整体靶边缘冷却、分离靶概念、缩减靶片间距、降低靶冷却水量以及靶材料抗辐射损伤和腐蚀技术等许多新设计概念和技术。对于更高的束流功率,为解决高功率下靶的冷却和辐射损伤等问题,一般采用液体金属靶,MW级的SNS和J-PARC均采用水银靶方案,PSI发展了液体铅铋靶,靶密度增加可产生更高的中子通量,但铅铋靶比水银靶的技术难度更大。在慢化器设计方面,预慢化器、复合慢化器、不同形状的慢化器概念以及固体甲烷慢化器等已应用于最近的靶站设计中,以求获得更多的长波中子、更高的中子通量和更好的中子脉冲形状。在反射体设计上,边缘冷却方式提高了反射体材料密度进而提高中子通量,不对称式设计可减少铍材料的使用从而降低投资。在靶站维护的设计中更加注重维护的快速、可靠和安全,增加用户的使用时间。
    中子散射谱仪也因中子源热中子通量的提高、谱仪硬件和软件的进步而不断地向前发展,从初期的中等波长、中等能量和中等分辨率的谱仪,逐步向使用中子波长更短或更长、能量更高或更低、分辨率更高的方向发展。

    早期谱仪大多放置在中子源生物屏蔽体外,距中子源很近。中子导管改变了这一局限,它可以把相当部分中子,特别是长波中子(即冷中子),低损耗地传送到远处,使小角中子散射和中子反射实验变为现实。在中子导管的帮助下,粉末衍射的分辨率得到提高。目前,中子导管不仅为所有新建的散裂中子源广泛采用,也被列入ISIS、LANSCE等已运行的散裂中子源的谱仪升级计划中。中子导管对中子的反射能力也在不断提高,从制造自然镍m=1的导管开始,逐步发展为同位素镍m=1.2。目前广泛使用的为m=2~3的超镜导管。最近,日本科学家成功制备八千余层的多层膜超镜导管,m值高达6.7。中子导管反射能力的提高,内插超镜反射片的超弯导管被制造出来,可使热中子束在短距离内偏离直射束,抛开快中子、g 射线,提高谱仪的信噪比。
    大面积的位置灵敏探测器的使用,是散裂中子源谱仪发展的重要标志。IPNS谱仪大多采用传统的气体正比计数器,为了获得合适的分辨率,探测器覆盖面积较小,中子利用率降低。ISIS谱仪率先采用气体或闪烁晶体位置灵敏探测器,不仅大幅度提高了中子使用效率,也大幅度提高了谱仪的分辨能力。SNS、J-PARC和ISIS第二靶站的新设计和建设的谱仪,均采用位置灵敏探测器,CSNS谱仪也不例外。大面积的位置灵敏探测器的使用,也使得谱仪的数据量级数般地增加。散裂源谱仪的数据量至少高出反应堆谱仪四个量级,每个脉冲就可产生108数据。快电子学和数据处理技术得到了长足的发展。经过各谱仪数据采集系统的累加、合并和归一化等处理后,成为用户使用的数据量仍在逐年激增。2000年,ISIS用户数据量为100GB左右,2003年增至550GB,2004年880GB,2005年1200GB,五年之内,增长了十多倍。
    在过去的几十年中,不仅中子散射数据采集软件有了快速的发展,中子散射数据分析软件也相应地飞速进步。许多领域都有与之相适应的分析软件。比如,粉末衍射数据处理,不仅有大家常用的各种Rietveld谱形拟合和精修程序,而且针对非晶和液态物质,有相应的原子对分布函数处理程序。当前,纳米材料是人们研究的重点领域,相应的分析纳米材料的衍射数据的全散射实验技术和对分布函数处理方法也逐步被科学家熟悉和应用。这些软件大多采用友好的人机对话界面,极大地方便了用户的使用。
    中子散射谱仪和数据分析软件的功能越来越强大,使用越来越方便,使得中子散射应用范围越来越广,用户越来越多。1940年代,中子散射仅在物理学领域尝试使用。今天,它已变为在物理学、化学、生物学、地学、工程材料学甚至考古学等众多领域中广泛使用的研究工具之一。ISIS的用户数也从最初不到300发展到今天超过1500。
    综上所述,散裂中子源的有效脉冲中子通量已超过反应堆几个数量级,并正快速地向前发展,成为当前研究用中子源的主流发展方向。发达国家正把建设高性能散裂中子源作为提高科技创新能力的重要举措,散裂中子源正在向更高的束流功率、更高的中子通量和更高的实验技术发展。

   

 

 
    

 
 
地址: 北京市石景山区玉泉路19号乙 邮编:100049 电话: 86-10-88236259