CPHS中子小角散射谱仪设计及探测器系统预制研究
发布时间：2021-07-29 19:48
中子散射技术是研究物质微观结构的重要手段，在国外已发展多年并形成专门的学科。国内中子散射技术的发展要相对落后，正在奋力追赶。中子小角散射（Small Angle Neutron Scattering, SANS）是中子散射的重要分支，广泛用于材料、生物、化学等领域。SANS可以测量散射簇团的颗粒形状和大小，以及颗粒中某些特定成分的位置信息，测量尺度从几到几百nm。清华微型脉冲强子源（Compact Pulsed Hadron Source, CPHS）是国内正在建设的中子散射装置之一，是一个低能加速器中子源。本课题基于CPHS项目，完成中子小角散射谱仪的设计，并开展相关的预制研究，以解决小角谱仪工程建设中的关键技术问题。首先，在充分调研学习国外同类谱仪设计方法的基础上，结合CPHS长脉冲源的特点，对小角谱仪进行了具体的设计分析。通过缩短谱仪长度利用尽可能宽的中子波长范围，结合大面积的探测器，可以在不改变谱仪设置的情况下覆盖0.0071A-1的Q值范围。采用探测器固定的设计，降低了工程难度。其次，在完成小角谱仪的设计后，对谱仪的相关部件开展预制...
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中子小角散射示意图
D22 小角谱仪的示意图如图 1-2 所示。从慢化器出来的中子束首先经过速度器（velocity selector）选出单一波长的中子，接着经过 8 段飞行管，每一段都选择中子导管（neutron guide）或者准直器（collimator），通过使用不同段导合，从而改变第一准直光阑到样品的距离（第一准直光阑位于最后一段导管口）。样品后是一个 20 m 长的真空散射罐，二维位置灵敏探测器在散射罐内动，从而改变样品到探测器的距离。
ISIS 上的小角谱仪 LOQ 的示意图如图 1-3 所示。从慢化器出来的中子首先一段弯导管（Bender），弯导管通过全反射来传输冷中子，而快中子和伽马射直接穿过，可以避免探测器直视慢化器，从而降低快中子和伽马本底。和反上的小角谱仪不同的是，脉冲源的小角谱仪可以同时利用一定波长范围的中子过飞行时间法来测量中子的波长。可用的中子波长范围越广，可测量的 Q 值就越大。盘状带宽转子用来选择中子的波长范围，“Frame Overlap Mirror”消除前一个脉冲的慢中子和后一个脉冲的快中子在到达探测器时间上的重叠了满足不同尺寸的样品，准直光阑设计成可调的，根据样品尺寸选择相应的大小。同样，位置灵敏探测器也位于真空散射罐内。除了主探测器外，LOQ 装了高角探测器，用来测量部分较大角度的散射。通常，脉冲源上的小角谱要尽量缩短谱仪长度，以便获得较大的可用中子波长范围。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于USB和FPGA的多功能数据采集系统[J]. 黄土琛,宫辉,邵贝贝. 原子能科学技术. 2013(11)
[2]中国散裂中子源3He管电子学读出系统研制[J]. 邹敏,卢云鹏,赵豫斌,章红宇,胡俊,赵京伟. 核电子学与探测技术. 2011(10)
[3]铁基高温超导体的中子散射研究[J]. 鲍威. 物理. 2011(08)
[4]中国先进研究堆中子散射谱仪建设现状和展望[J]. 陈东风,刘蕴韬,韩松柏. 中国材料进展. 2009(12)
[5]中子散射在新型磁性材料研究中的应用[J]. 王芳卫. 中国材料进展. 2009(12)
[6]一维位置灵敏热中子3He高气压正比计数管的研究[J]. 廖俊辉,谢一冈,陈元柏,衡月昆,刘江涛,欧阳群,陆双桐. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[7]中子散射技术及中国散裂中子源概述[J]. 胡西多,陈少文,曾志峰,朱德海,吴木营. 东莞理工学院学报. 2007(05)
[8]中子散射及其应用[J]. 卢芳,成泰民. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2007(03)
[9]中子散射技术及其应用[J]. 叶春堂,刘蕴韬. 物理. 2006(11)
[10]利用中子散射研究生物材料[J]. 魏志勇,臧黎慧,范我,李明. 核技术. 2006(09)
本文编号：3309943
【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中子小角散射示意图
D22 小角谱仪的示意图如图 1-2 所示。从慢化器出来的中子束首先经过速度器（velocity selector）选出单一波长的中子，接着经过 8 段飞行管，每一段都选择中子导管（neutron guide）或者准直器（collimator），通过使用不同段导合，从而改变第一准直光阑到样品的距离（第一准直光阑位于最后一段导管口）。样品后是一个 20 m 长的真空散射罐，二维位置灵敏探测器在散射罐内动，从而改变样品到探测器的距离。
ISIS 上的小角谱仪 LOQ 的示意图如图 1-3 所示。从慢化器出来的中子首先一段弯导管（Bender），弯导管通过全反射来传输冷中子，而快中子和伽马射直接穿过，可以避免探测器直视慢化器，从而降低快中子和伽马本底。和反上的小角谱仪不同的是，脉冲源的小角谱仪可以同时利用一定波长范围的中子过飞行时间法来测量中子的波长。可用的中子波长范围越广，可测量的 Q 值就越大。盘状带宽转子用来选择中子的波长范围，“Frame Overlap Mirror”消除前一个脉冲的慢中子和后一个脉冲的快中子在到达探测器时间上的重叠了满足不同尺寸的样品，准直光阑设计成可调的，根据样品尺寸选择相应的大小。同样，位置灵敏探测器也位于真空散射罐内。除了主探测器外，LOQ 装了高角探测器，用来测量部分较大角度的散射。通常，脉冲源上的小角谱要尽量缩短谱仪长度，以便获得较大的可用中子波长范围。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于USB和FPGA的多功能数据采集系统[J]. 黄土琛,宫辉,邵贝贝. 原子能科学技术. 2013(11)
[2]中国散裂中子源3He管电子学读出系统研制[J]. 邹敏,卢云鹏,赵豫斌,章红宇,胡俊,赵京伟. 核电子学与探测技术. 2011(10)
[3]铁基高温超导体的中子散射研究[J]. 鲍威. 物理. 2011(08)
[4]中国先进研究堆中子散射谱仪建设现状和展望[J]. 陈东风,刘蕴韬,韩松柏. 中国材料进展. 2009(12)
[5]中子散射在新型磁性材料研究中的应用[J]. 王芳卫. 中国材料进展. 2009(12)
[6]一维位置灵敏热中子3He高气压正比计数管的研究[J]. 廖俊辉,谢一冈,陈元柏,衡月昆,刘江涛,欧阳群,陆双桐. 核电子学与探测技术. 2008(06)
[7]中子散射技术及中国散裂中子源概述[J]. 胡西多,陈少文,曾志峰,朱德海,吴木营. 东莞理工学院学报. 2007(05)
[8]中子散射及其应用[J]. 卢芳,成泰民. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2007(03)
[9]中子散射技术及其应用[J]. 叶春堂,刘蕴韬. 物理. 2006(11)
[10]利用中子散射研究生物材料[J]. 魏志勇,臧黎慧,范我,李明. 核技术. 2006(09)
本文编号：3309943
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