CARR堆首批两台中子衍射谱仪介绍及首期实验考虑
孙凯
中国原子能科学研究院
ksun@https://www.doczj.com/doc/e516669050.html,
010-********
广东东莞11月11-12，2008
报告内容
?国内外中子散射应用状况
?CARR堆首期两台中子衍射谱仪及其首批实验考虑
–高分辨粉末中子衍射仪(HRPD)
–残余应力中子衍射仪(RSD)
?总结
国际中子散射技术的应用
?20世纪50年代奠基
?专业人员约5000人，欧洲3000，美洲1000，亚太1000
?非专业用户数不胜数
–（日本550，澳大利亚330，韩国200，印度70，中国台湾48）
2005年中子散射国际会议2009？
国内（大陆）中子散射技术应用
Triple axis
Powder diffractometer
SANS
Chopper
spectr.4-circle diffr.
Be-filter spectrometer
?磁性超导生物功能
非线性光学材料
HWRR 1958 1.2×1014 第一台中子衍射仪
1980 2.8 ×1014 先后建造6台中子散射谱仪
?一堆一源
9中国先进研究堆(CARR-2008,60MW)
9中国散裂中子源(CSNS-)CARR 2008-CARR 2008-
China Advanced Research Reactor (CARR)
主要特性
60 MW
最大未扰热中子注量率（反射层）
?8x1014 n?cm -2?s -1
19.75 wt% U 235
?9个水平切向孔道的7个用于中子散射?配备冷中子源?预留超热中子源位置
多用途研究堆
?中子散射
?同位素生产
?单晶硅辐照
?活化分析等
CARR堆中子散射谱仪发展整体规划
?为国内外不同研究领域的用户提供先进的中子散射技术?开放性的中子散射国家重点实验室
?亚洲地区的国际性研究中心
高分辨粉末衍射仪高强度粉末衍射仪残余应力衍射仪织构衍射仪飞行时间谱仪
三轴谱仪
四圆衍射仪
反射仪
小角散射谱仪一
期?基本覆盖主要研究领域?强调工业应用又具备必要的基础研究
高分辨粉末中子衍射仪(HRPD)
?物理大厅热中子双束II孔道
?自主设计和国内建造
?预算：580万元（薪金除外）
?资金：CARR堆中子散射工程
?CARR堆临界即可安装调试的
两台谱仪之一
残余应力（RSD）
高分辨粉末衍射仪？
?用户需求
–理想单晶样品难以制备
–粉末样品和多道探测系统可以得到较高探测效率，较
易实现特殊样品环境下的原位测试
?谱仪建造经验
?20世纪，独立建造过两台
粉末中子衍射仪
?21世纪，两次升级，改善
了谱仪分辨和探测效率，培
养了一批青年科技人才，实
现了人才和技术储备
HRPD设计理念
设计目标：
分辨率Δd/d=2×10-3，能够解决单胞体积在1000?3，包含约150个左右自由参数的结构测定问题。
设计依据：
A.W.Hewat1975年提出的多Soller准直器常规高分辨粉末中子衍射仪设计理念，业界公认，国际验证
HRPD 设计参数
A.W.Hewat
分辨率：△d /d=2×10-3
中子通量：＞106n/cm 2·s (样品处)
单色器: 垂直聚焦Ge(115)
起飞角:120o
中子波长：0.1886 nm
准直器：C1: 10′20′open;
C2: 40′
C3: 10′
探测器：64 3He 正比计数管
2?范围：5o <2?<170o
单色器到样品台的距离：2.4m
样品台到探测器的距离：0.94m
HRPD应用范围
?大晶胞、低对称性的晶体结构
?未知结构的确定（ab-initio法）
?晶胞参数的精确测定
?磁结构和磁相变的研究
?晶体结构的局域性细小变化或
对称性的细微变化
?部分工业应用（如材料的织构、应力测量）中子强度、谱仪分辨及应用范围图片来自澳大利亚Bragg研究所
HRPD目前进展?光学部件：光栏
准直器
单色器
?机械主体
?探测系统：计数管
?电子学系统
?屏蔽部分（探测器、单色器）
?控制软件
机械主体（转台）调整装置核电子学系统探测器屏蔽
准直器垂直聚
焦单色器
预期性能
通过直径1cm、高4cm的Al 2O 3多晶柱状样品，利用M cStas 程序对所选方案进行了蒙特卡洛模拟
020406080100120140160
0.0
0.2
0.4
0.60.81.01.21.41.61.82.0
High intensity mode,simulation High intensity mode,theoretical High resolution mode,simulation High resolution mode,theoretical Required 2θ/°
F W H M /°谱仪分辨：
最小半高宽度0.245°，
位于2θ=114°，对应的
最好分辨为1.4×10-3，
达到2×10-3的设计要求
样品处中子注量率：8.44×106n/cm 2·s
样品处中子束有效截面：3.4cm 宽×4.5cm 高-4-3-2-101234-0.50.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
I n t e n s i t y (a .u .)X /cm -4-3-2-101234
0.00.20.40.60.81.0I n t e n s i t y (a .u .)
Y /cm
样品处中子束强度分布
X 为水平方向，Y 为垂直方向
垂直聚焦单色器聚焦效果
强度增益约为5倍-12-10-8-6-4-2024681012
0.0
0.2
0.4
0.60.8
1.0
I n t e n s i t y Y/cm