散裂中子源

散裂中子源工程是一种利用中子撞击物质核子释放大量能量的工程技术，通过控制这种中子源的产生和利用，可以实现很多高新技术的应用。

其中，散裂中子源工程材料中子衍射谱仪是一种关键仪器，它可以通过观察物质中子反射或衍射的规律来研究物质的结构、性质和功能，广泛应用于材料科学、生物学、医学和化学等领域。

1. 散裂中子源工程的基本原理及应用散裂中子源工程是一种利用中子核裂变释放能量的技术，在核反应堆或加速器中产生中子源，利用中子注入物质核子产生强烈的能量反应，从而实现对物质的研究和应用。

通过散裂中子源工程，可以实现以下基本应用：- 材料科学：利用散裂中子源工程，可以对材料的结构、晶体缺陷、磁性及其控制等进行研究，为材料领域的新材料研发和改良提供重要依据。

- 生物学：散裂中子源可以对生物大分子的结构及其在生物过程中的功能进行研究，揭示生物分子的三维结构和功能机理，为药物设计和生物技术的发展提供基础。

- 化学：利用散裂中子源工程，可以研究分子和原子水平的结构和动态，深入了解化学反应过程及其机理，为化学工艺改进和新材料的开发提供技术支持。

2. 散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的基本原理及结构散裂中子源工程材料中子衍射谱仪是一种利用中子源产生的中子束对材料进行衍射分析的仪器。

其基本原理是，中子束在物质中发生衍射后，根据入射和出射的中子能量、角度等信息，可以确定物质的结构和性质。

散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的主要结构包括：- 中子源模块：用于产生一定能量和流强的中子束，通常通过核反应堆或加速器产生。

- 样品室：用于放置材料样品进行衍射分析，可以通过旋转和倾斜等方式调整样品的位置和角度。

- 衍射仪：用于测量入射和出射中子束的能谱、角度、散射强度等信息，从而确定物质的晶体结构和性质。

3. 散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的应用散裂中子源工程材料中子衍射谱仪在材料科学、生物学、医学和化学等领域具有广泛的应用：- 材料科学：通过衍射谱仪可以研究材料的晶体结构、畴壁结构、位错结构等信息，为新材料的设计和改良提供重要依据。

散裂源中子源是一种科学装置，通过散裂中子源可以产生高能中子，从而进行各种科学研究。

在中国，中国散裂中子源（CSNS）是一个重要的散裂源中子源。

CSNS的建设历程可以追溯到上世纪80年代，经过多年的规划、选址、预研等阶段，最终在东莞市大朗镇建成。

CSNS是中科院承建的国家重大科技基础设施，也是我国首台散裂中子源。

CSNS的建设和运行对于我国在物理、化学、生物学、材料科学等领域的研究具有重要意义，也可以为其他领域的研究提供支持。

例如，在新能源、信息科学、生命科学、材料科学、地球科学乃至国计民生的诸多领域，都可以利用散裂中子源获取更精准的科研数据。

在CSNS的调试阶段，就已催生出5篇PNAS论文。

这足以证明，散裂中子源对于科研的巨大贡献。

而随着其调试和运行经验的积累，相信其未来的贡献会更加显著。

总体来说，散裂源中子源对于我国的科研事业意义重大，期待其未来在更多领域发挥更大的作用。

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
散裂中子源是专业术语，拼音为sàn liè zhōng zǐ yuán，当一个中等能量的质子打到重核（钨、汞等元素）之后会导致重核的不稳定而“蒸发”出20-30个中子，这样重核“裂开”并向各个方向“发散”出相当多的中子，大大提高了中子的产生效率，按这种原理工作的装置称为散裂中子源。

在中子未被发现以前，人们对于原子核的内部结构不完全清楚，发现中子之后，人们才知道原子核是由中子与质子组成的。

因此，中子的发现对认识原子核内部结构是一个转折点，具有重大的理论意义，也为原子能的利用开辟了道路，可以说中子敲开了人类进入原子能时代的大门。

散裂中子源科学中心组织架构散裂中子源科学中心是一个集中器件、仪器、科学研究和技术应用于一体的综合性研究机构。

为了更好地推进中子源科学研究和应用，散裂中子源科学中心建立了一个完整的组织架构。

散裂中子源科学中心主要由以下部门组成：中心办公室、研究部、技术部、设备部、实验室管理部、安全环保部、财务部、人力资源部等。

中心办公室是散裂中子源科学中心的决策与管理机构，负责制定中心的发展战略、管理体制和重大事项的决策。

中心办公室主要包括主任办公室、科研处、行政处、规划处等部门。

研究部是散裂中子源科学中心的核心部门，其主要职责是组织和开展基础研究和应用研究工作，推动中子源科学研究的进展。

研究部主要包括实验室和研究所两个部分。

技术部是散裂中子源科学中心的技术支持部门，其主要职责是提供技术支持、设备维护、技术开发等服务，为中心的科学研究和技术应用提供保障。

技术部主要包括设备管理、技术研究和技术服务三个部门。

设备部是散裂中子源科学中心负责设备采购、设备管理、设备维修等工作的部门。

设备部的主要职责是保障科学实验和研究的设备需求，提高设备的使用效率和管理水平。

实验室管理部是散裂中子源科学中心实验室管理的核心部门，其主要职责是制定实验室管理制度、管理实验室资源和安全管理等工作。

安全环保部是散裂中子源科学中心的安全管理和环境保护的部门，其主要职责是制定安全管理制度、开展安全培训、环保管理和监督等工作。

财务部是散裂中子源科学中心的财务管理的核心部门，其主要职责是负责中心的财务、会计和审计工作，确保中心财务运作的规范、有效和透明。

人力资源部是散裂中子源科学中心的人力资源管理部门，其主要职责是招聘、培训和管理中心的人力资源，为中心的发展提供人才保障。

中子散射实验的技术挑战在现代科学研究的领域中，中子散射实验是一种极其强大的工具，能够为我们揭示物质内部结构和动态特性的诸多奥秘。

然而，就像任何前沿的科学技术一样，中子散射实验也面临着一系列严峻的技术挑战。

首先，让我们来谈谈中子源的问题。

要进行中子散射实验，高质量、高强度的中子源是关键。

目前，常用的中子源主要有反应堆中子源和散裂中子源。

反应堆中子源通过核反应堆中的链式反应产生大量中子，但存在中子通量相对较低、维护成本高昂以及安全风险等问题。

散裂中子源则是利用高能质子轰击重金属靶，产生脉冲式的中子束，但它的建设和运行成本极高，技术难度也非常大。

获取足够数量和高品质的中子只是第一步，接下来如何有效地控制和引导中子束也是一个巨大的挑战。

中子束的准直和聚焦需要极其精密的光学器件和技术。

由于中子不带电，无法像电子或离子那样通过电磁场进行轻易地操控，这使得中子束的准直和聚焦变得异常困难。

为了实现良好的准直和聚焦效果，研究人员需要设计和制造复杂的中子光学系统，例如超镜、中子导管等，而这些器件的制造精度和性能要求都非常苛刻。

在实验装置方面，中子散射实验通常需要在低温、高压、强磁场等极端条件下进行，以研究物质在不同环境下的特性。

这就要求实验装置具备高度的稳定性和可靠性，能够在恶劣的条件下长时间稳定运行。

例如，在低温环境下，材料的热胀冷缩可能会导致实验装置的变形和位移，从而影响实验结果的准确性。

在高压条件下，密封和抗压问题成为关键，如果装置出现泄漏或破裂，不仅会导致实验失败，还可能会带来安全隐患。

探测器系统也是中子散射实验中的一个重要环节。

中子与物质相互作用的截面很小，这意味着只有极少数的中子能够被探测到。

因此，需要高性能的探测器来提高探测效率和灵敏度。

目前常用的中子探测器包括 3He 正比计数器、闪烁探测器等，但它们在探测效率、时间分辨率和空间分辨率等方面仍然存在一定的局限性。

为了满足不同实验的需求，研究人员还在不断探索和开发新型的探测器技术。

散裂中子源原理
散裂中子源是一种产生中子束的装置，其原理基于核反应。

散裂中子源通常使用高速轰击靶材来产生中子。

具体原理如下：
1. 加速器：使用粒子加速器将高能质子或电子加速到较高能量。

质子加速器常用于产生中子，而电子加速器常用于产生X 射线。

2. 靶材：选择特定的靶材，通常是重元素（如铀、钚等）或者轻元素（如氢、锂等）。

当高能粒子与靶材相互作用时，会发生核反应，产生大量的次级粒子，其中包括中子。

3. 散射：经过靶材反应后，产生的中子具有较高的能量和速度。

这些中子会通过散射装置，如散射器或减速器，进行进一步处理。

散射器通常使用中子散射材料，如水、金属等，可以改变中子的方向和能量。

4. 选择性：通过控制散射装置和其他组件的设计，可以选择性地过滤和调整中子束的能谱和强度。

例如，可以使用中子选择器或中子过滤器来选择特定能量范围的中子。

5. 检测：最后，通过在目标区域放置中子探测器或其他辐射探测器来检测和测量中子束的强度、能量和方向。

散裂中子源可以应用于多种领域，如材料科学、核物理、生命科学等。

它们提供了研究物质结构、材料性质和核反应等方面的重要工具。