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http://www.CRNTT.com   2017-05-03 10:52:07


Al2(PO3CH3)3(甲基沸石)的結構
 
  ——紅、白色部分分別是同步輻射和中子散射的結構分析結果 

  我們要進行中子散射的研究,要用中子做探針,去開展各種各樣的研究,就必須有一個適當的中子源,先進的中子源是中子科學研究的基礎。如何能獲得產生高通量中子的中子源,一直是科學家不斷努力追求的目標。高通量的中子源包括反應堆中子源和散裂中子源。核反應堆是一種穩定連續的中子源,在中子科學研究中發揮了巨大的作用。通常使用235U作為核燃料,每次核裂變產生一個有效中子,而釋放180MeV的熱量。堆芯中如此大量的熱量必須及時有效地帶出,才能保證反應堆正常運行。正是因為堆芯散熱條件的限制,反應堆中子通量在上世紀六、七十年代就達到了飽和。

  隨著科技的進步,相應的研究體系如薄膜、納米團簇、生物大分子和蛋白質等,尺度分布更大,獲得數量在克量級的樣品更為困難。因此,小樣品的快速、高分辨的中子散射測量迫切需要新一代通量更高、波段更寬的中子源,散裂中子源應運而生。

  與核反應堆中子源相比,散裂中子源具有許多獨特性能:高脈衝通量,豐富的高能短波中子,優越的脈衝時間結構。

  散裂中子源除長波(低能)中子外,還有豐富的短波(高能)中子,為高能量和高動量轉移的中子散射提供了保證,適於研究原子尺度微結構和研究較高能量的激發(光學聲子、氫原子擴散等)。散裂中子源的脈衝特性,可以同時利用幾乎所有波長的中子,適合測量大動量(能量)範圍裡的散射截面,全面反映結構和動態信息。

  由於散裂中子源的這些獨特的性能,以及國際社會對安全評估要求越來越嚴,發達國家普遍利用散裂中子源進行中子散射研究。

  裝置探秘:小中子,大裝置

  雖然中子是如此微小,但產生強中子束的散裂中子源卻是異常龐大的裝置,是各種高、精、尖設備組成的整體。

  世界上正在運行的脈衝式散裂中子源主要有英國的 ISIS、美國的 SNS 和日本的J-PARC。

  中國散裂中子源(CSNS)將成為發展中國家的第一台散裂中子源,躋身世界四大脈衝散裂中子源行列,從而大幅提升中國基礎研究和高技術的水平。

  CSNS 整個裝置建在13米到18米的地下。其主要建設1台束流能量為80兆電子伏特的負氫離子直線加速器、1台束流能量為16億電子伏特的快循環質子同步加速器、2條束流輸運線、1個靶站、3台譜儀及相應的配套設施和土建工程。CSNS一期工程中子譜儀數量為3台(最多可建20台),束流功率為100kW,且預留了進一步提高束流功率到500kW和增修第二靶站的升級空間。

  下圖給出了CSNS系統構成示意圖。離子源產生的負氫離子束流,通過射頻四極加速器(RFQ)聚束和加速後,由漂移管直線加速器(DTL)把束流能量進一步提高到80兆電子伏特,負氫離子經剝離後注入到快循環同步加速器(RCS)中,使束流達到最後能量16億電子伏特。從RCS引出的高能質子束流經傳輸線打向鎢靶,釋放出中子,這些中子形成非常強的中子束流,中子再經慢化後與實驗樣品發生散射,由中子散射譜儀探測,供用戶開展實驗研究。
 


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