散裂中子源

中子源的应用与发展趋势在现代科学的广袤领域中，中子源犹如一颗璀璨的明星，凭借其独特的性质，在众多领域发挥着至关重要的作用，并且展现出令人瞩目的发展趋势。

中子源，简单来说，是能够产生中子的装置。

这些中子具有一些特殊的性质，使得它们成为科学家探索物质世界的有力工具。

首先，让我们来看看中子源在材料科学中的应用。

材料的性能往往取决于其微观结构，而中子对于研究材料的微观结构具有独特的优势。

中子能够轻易地穿透大多数材料，并且对轻元素（如氢、锂等）非常敏感。

通过中子散射技术，科学家可以获取材料内部原子和分子的排列方式、磁结构等信息，从而深入了解材料的性质和行为。

这对于研发新型高性能材料，如高强度合金、超导材料、磁性材料等，具有极其重要的意义。

在化学领域，中子源也有着广泛的应用。

中子可以用于研究化学反应的机理和过程。

通过对反应物和生成物的中子散射分析，科学家能够揭示化学反应中化学键的形成和断裂、分子的构象变化等关键细节。

这有助于设计更高效的催化剂，优化化学合成工艺，以及开发新的化学产品。

在生命科学领域，中子源同样扮演着不可或缺的角色。

中子能够用于研究生物大分子的结构和功能。

例如，蛋白质、核酸等生物大分子的结构对于理解生命活动的机制至关重要。

中子散射技术可以提供这些生物大分子在溶液中的结构信息，弥补了传统技术（如X 射线衍射）的某些不足。

此外，中子还可以用于研究药物分子与生物大分子的相互作用，为药物研发提供重要的依据。

在能源领域，中子源也有着重要的应用。

例如，在核能研究中，中子是引发核裂变反应的关键粒子。

通过对中子与核燃料的相互作用进行研究，可以提高核能的利用效率，保障核电站的安全运行。

同时，在新能源的研究中，如核聚变，中子的产生和行为也是研究的重点之一。

随着科学技术的不断进步，中子源也在不断发展和完善。

目前，主要的中子源类型包括反应堆中子源和散裂中子源。

反应堆中子源是最早出现的中子源类型。

它利用核反应堆中的链式裂变反应产生大量的中子。

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。

散裂中子源开放课题申请（原创实用版）目录1.散裂中子源简介2.散裂中子源开放课题申请的目的和意义3.申请条件和要求4.申请流程和时间安排5.联系方式正文一、散裂中子源简介散裂中子源是一种用于研究物质微观结构的大型科学装置，通过加速中子束射入目标样品，使其发生散裂，从而产生大量中子。

这些中子可以被用于研究样品的结构、磁性、力学性能等方面的性质。

散裂中子源在物理、化学、材料科学等领域具有广泛的应用前景。

二、散裂中子源开放课题申请的目的和意义为了推动我国散裂中子源技术的发展，促进相关领域的科学研究，提高科研人员的创新能力和研究水平，散裂中子源现面向全国公开征集课题申请。

通过开放课题申请，我们可以吸引更多的优秀科研人才参与散裂中子源的研究，进一步拓展其应用领域，为我国科技创新和经济社会发展做出更大贡献。

三、申请条件和要求1.申请人应具有博士学位或副高级以上职称，具有独立开展科研工作的能力。

2.申请人应具备较强的学术背景和研究经验，研究方向与散裂中子源相关。

3.申请人应提交完整的课题申请书，包括课题名称、研究目标、研究内容、研究方法、预期成果等。

4.申请人应确保所提交的申请材料真实、合法、有效。

四、申请流程和时间安排1.申请人需在规定时间内（具体时间请关注官方网站公告）提交课题申请书及相关材料。

2.散裂中子源管理部门将对申请材料进行审核，并在一定时间内公布审核结果。

3.通过审核的申请人需按照要求完成课题研究，并按时提交研究成果。

五、联系方式有意向申请散裂中子源开放课题的科研人员，请前往散裂中子源官方网站下载相关申请表格和资料，了解更多详情。

中子源的技术进步与应用在现代科学技术的广袤领域中，中子源宛如一颗璀璨的明星，其技术的不断进步为众多学科和应用领域带来了深刻的影响和变革。

中子源，简单来说，就是能够产生中子的装置。

中子作为一种不带电的粒子，具有独特的性质，这使得它们在许多研究和应用中发挥着关键作用。

早期的中子源主要是基于放射性同位素的衰变来产生中子。

这些同位素，如锎 252 ，在衰变过程中会释放出中子。

然而，这种方式产生的中子通量较低，难以满足大规模科学研究和应用的需求。

随着技术的发展，反应堆中子源应运而生。

核反应堆通过核裂变反应产生大量的中子。

这些中子具有较高的能量和通量，为材料科学、生命科学等领域的研究提供了有力的工具。

在反应堆中子源中，中子通过与慢化剂（如重水、石墨等）的相互作用，被减速到合适的能量范围，以便进行各种实验和应用。

近年来，散裂中子源成为了中子源领域的重要突破。

散裂中子源通过加速质子撞击重金属靶，产生大量的中子。

与反应堆中子源相比，散裂中子源具有许多优势。

首先，它的脉冲特性使得能够进行时间分辨的实验研究，从而捕捉到物质内部动态变化的过程。

其次，散裂中子源的中子能量分布更宽，可以满足不同类型实验的需求。

再者，它的安全性更高，不存在核链式反应，运行和维护相对较为简便。

中子源的技术进步为众多领域带来了广泛的应用。

在材料科学中，中子源可以用于研究材料的微观结构和性能。

通过中子散射技术，可以了解材料内部的原子排列、磁结构、缺陷等信息，这对于开发新型高性能材料具有重要意义。

例如，在研究高温超导材料时，中子散射能够揭示超导机制，为提高超导性能提供指导。

在生命科学领域，中子源有助于解析生物大分子的结构和功能。

蛋白质、核酸等生物大分子在生命活动中起着关键作用，了解它们的三维结构对于理解生命过程至关重要。

中子散射能够提供关于生物大分子中水分布、氢原子位置等信息，这些是传统的 X 射线衍射技术难以获取的。

在化学领域，中子源可以用于研究化学反应的机理。

什么是散裂中子源？散裂中子源是如何发挥作用呢？
 近年来，一个接一个的国产高科技极大鼓舞着我们的科技信心，从看向宇宙深处的“天眼”，到再创中国深度的“蛟龙号”，我们上天入海在宏观的世界里大展宏图的同时，不要忽略同样广阔天地大有可为的微观世界。

 3月25日，中国首台脉冲型散裂中子源落地广东东莞，它的建成填补了中国国内脉冲中子应用领域的空白，和世界上正在运行的美国散裂中子源、日本散裂中子源与英国散裂中子源一起，构成世界四大脉冲散裂中子源。

 那幺问题来了：
 什幺是散裂中子源？
 它能给我们的生活带来什幺样的改变？
 又会不会对环境、对我们的健康带来什幺影响？。

中国散裂中子源工作原理
散裂中子源是一种用于产生高能中子的重要科研工具。

其工作原理主要包括三个步骤：质子加速、靶材直接或间接转化产生源中子、中子从透镜中发射。

第一步：质子加速
散裂中子源主要使用质子加速器作为驱动器，将质子加速到一定的能量，作为与靶材
相互作用的粒子。

一般使用直线加速器（LINAC）/ 循环加速器（CYC）/超导电子回旋加速器（CEA）。

第二步：靶材直接或间接转化产生源中子
当质子束穿入靶材中时，由于其高能，靶材原子的电子被剥离，散裂出来的中子与原
子核碰撞，从而使原子核激发并发生裂变，释放出中子。

在散裂中子源中，我们通常使用
金属靶材，如钨、钇等。

除了直接裂变法外，还可通过中子反应或核反应转化产生源中子。

例如，利用锂靶材
的散裂中子源，质子束首先将锂原子核激发到高能的中间态，然后受氢原子的反应转化为
中子。

第三步：中子从透镜中发射
中子裂变后，由于其轨迹是非常不规则的，因此需要通过透镜将其聚集起来，让相同
能量的中子的轨迹相似，并形成一个束。

中子束是经过几次反射和折射形成进一步聚焦和
成形的。

最后，通过垂直或水平的中子束管将中子束传送到实验室，以用于各种材料研
究。

总之，散裂中子源产生高能中子的基本原理是：首先将质子加速到特定能量，然后使
其与靶材原子核相互作用，导致原子核发生激发、裂变、固有广义剩余核子共振等反应，
从而产生源中子。

最后，使用中子透镜将中子束型成符合实验需要的样子，传送到实验室
进行应用研究。

中国散裂中子源简介韦　杰一、中子散射1932年,查德威克发现了中子,人们认识到原子核由带正电的质子和不带电的中子构成。

中子的发现及应用是20世纪最重要的科技成就之一。

当一束中子入射到所研究的对象上时,与研究材料中的原子核或磁矩发生相互作用,被散射出来,通过测量散射出来的中子能量和动量的变化,可以研究在原子、分子尺度上各种物质的微观结构和运动规律,告诉人们原子、分子在哪里,原子、分子在做什么,这种研究手段就叫中子散射技术。

用于中子散射的中子,波长从几埃到几十埃、能量在毫电子伏特到电子伏特之间,分别与物质中原子分子之间的距离和相互作用能量相当。

图1 中子不带电、具有磁矩、穿透性强,能分辨轻元素、同位素和近邻元素以及具有非破坏性,使中子散射成为研究物质结构和动力学性质的理想探针之一,是多学科研究中探测物质微观结构和原子运动的强有力手段。

自1936年成功进行首次中子衍射实验以来,中子散射已广泛用于物理、化学、材料、生物、地质、能源、医疗卫生和环境保护等众多研究领域。

同步辐射产生的高亮度X 射线,主要与原子外围的电子云发生相互作用,从而探知物质的微观信息;而中子是电中性的,它与电子云基本不发生相互作用,而主要与物质中的原子核相互作用。

因此,作为探测微观结构的两种主要探针,同步辐射和中子散射看到的正好是物质的两个不同方面。

这种优势互补已被许多学科用来准确研究物质中原子的位置、排列、运动和相互作用等,图1是利用中子散射观察到的含水溶解酵素蛋白和肌红蛋白的结构。

中子散射的作用既与同步辐射互补,又具有独特和不可替代性。

其先进性与优越性表现在:①具有宽泛的波长范围:从零点几埃到亚微米范围内连续可调。

是度量原子、分子和原子分子团簇间距离从埃到纳米范围内的凝聚态物质微观结构最适合的标尺;②有合适的能量覆盖:热中子的能量从微电子伏特到电子伏特,与凝聚态物质中的大部分动态过程的能量相当,适合研究物质中各种不同的相互作用和动态过程;③能精确确定轻原子的位置;④能区分同位素:原子核内中子数的变化可以极大地影响其对中子的散射。

散裂中子源作用嘿，你知道散裂中子源不？这玩意儿可太神奇啦！就像是一把超级无敌的小钥匙，专门用来打开微观世界那些神秘小盒子的。

我有个朋友，是个搞科研的“科学怪人”。

有一回啊，我去他实验室串门儿。

一进去，就看到他在那一堆奇奇怪怪的仪器中间忙活着呢。

我凑过去问他在干啥，他就开始跟我讲他正在研究的一个难题。

他说啊，他们在研究一种新材料，这材料可挑剔啦，就像个傲娇的小公主，他们怎么都搞不清楚这材料里面的那些小秘密。

他给我比划着，说这材料的原子啊、分子啊，就像一群调皮的小精灵，他们藏在里面，用普通的方法根本看不清楚它们到底在干啥。

他当时那个着急啊，头发都快挠秃了。

我就问他：“那咋办呢？” 他眼睛突然一亮，就开始跟我讲起了散裂中子源。

他说啊，这散裂中子源就像是个超级侦探。

它能产生好多好多的中子，这些中子就像一群小机灵鬼，它们能轻松地钻进那些材料里面。

就好像我们要知道一个黑箱子里装了啥，这些中子就是能钻进去看个明白的小虫子。

然后呢，这些中子和材料里面的原子、分子相互作用，就会产生一些信号。

这就好比小虫子在黑箱子里发现了宝贝，然后发出信号告诉我们这些宝贝是啥样的。

我那朋友就通过专门的仪器接收这些信号，然后一点点地拼凑出那些微观小精灵的模样和它们的秘密。

他带着我去看他们用散裂中子源做实验的过程。

哇，那场面，可壮观了。

那些仪器啊，都闪着各种各样的小灯，感觉像是在执行什么神秘任务似的。

我朋友在旁边紧张得不行，眼睛一直盯着电脑屏幕，那上面的数据就像流水一样在跑。

他一会儿皱眉头，一会儿又露出笑容，就跟坐过山车似的。

他指着屏幕上那些花花绿绿的数据跟我解释，说这每个小波动、每个小峰值，都代表着中子和材料里那些小家伙相遇的故事。

有的地方数据高，就说明这个地方的小精灵比较多或者比较活跃。

通过这些啊，他就能知道材料的结构啦、里面有没有小裂缝啦，还有那些原子分子是怎么排列的。

后来啊，经过好多次实验，我那朋友可算把新材料的秘密搞清楚了。