应力测量中子衍射谱仪聚焦单色器的模拟

为提高样品处入射中子束强度,满足高分辨和小体积标样测量的需要,应用MCSTAS软件对中国先进研究堆上应力测量中子衍射谱仪的核心部件垂直聚焦单色器进行模拟和优化设计,得到了单色器在不同起飞角下的最佳聚焦条件,即所需的曲率半径和相邻单晶条之间的最佳倾角。在此条件下,可获得相对于平板单色器6～7倍的强度增益,样品处中子注量率达107cm^-2·s^-1以上。在使用聚焦单色器的情形下,对标准的α-Fe多晶样品在无应变、拉应变和压应变下的（211）衍射峰进行了模拟。结果表明：该谱仪的分辨水平至少能测量500με以上的应变,且应变测量最高精度约为20με。

斩盘产生的中子脉冲特性

为更好地设计转盘式中子斩波器,建立了单斩盘和异向旋转双斩盘的结构模型。采用国际上常用的Mcstas模拟计算软件,分别对单斩盘和异向双斩盘产生的中子束流脉冲的形成特性进行了模拟计算,获得了相关物理参数对斩盘产生中子束流脉冲的影响曲线,讨论了单斩盘与双斩盘脉冲形成的束流特性的差别与优缺点。分别对单斩盘和异向旋转双斩盘模型产生的中子束流脉冲可能产生的误差进行了理论分析,讨论了各客观物理因素对误差的影响。结果表明,考虑实际应用条件,在特定物理参数下,异向旋转双斩盘的第二斩盘窗口宽度应在不超过34 mm的范围内综合选择。计算结果可用于中子斩波器的理论设计及其相关物理参数的选择。

水平散射几何中子反射谱仪的三盘斩波器设计

为提高水平散射几何中子反射谱仪分辨,希望谱仪前端的中子斩波器能斩出脉冲强度大水平发散度较小的中子脉冲束流,采用新设计的三斩盘斩波器模型,运用Mcstas程序软件考察了不同物理参数下三盘斩波器的中子斩波特性。获得了特定物理条件下相关物理参数对束流强度和发散度的影响关系曲线。计算结果可为水平散射几何中子反射谱仪中三盘斩波器的设计及物理参数的选择提供理论依据。

中子三轴谱仪分辨函数的模拟计算

阐述了中子三轴谱仪的工作原理,利用MCSTAS程序模拟计算了分辨函数,分别计算了在弹性散射下能量分辨率、钒样品散射实验的转移能量的扫描和不同转移能量下的分辨函数形态。分析了实验中测量位置的选取与分辨椭圆状态的关系。结果表明,模拟计算能快速地计算出分辨函数形态。

盘间距可调斩波器设计及模拟

不同实验样品精度需求对中子反射谱仪的分辨要求不同。为实现反射谱仪中的中子斩波器的斩波特性可调,斩波器设计采用四斩盘结构。设计原理主要是变换使用第三和第四斩盘,利用第三盘和第四盘与第二盘间距的不同,结合斩盘转速的调节,实现斩波特性可调。运用Mcstas程序软件模拟计算,获得客观物理条件下相关物理参数对脉冲注量率及脉冲水平发散度的影响曲线。计算结果可为水平散射几何中子反射谱仪中四盘斩波器的理论设计及相关物理参数的选择提供理论参考。

中子应力谱仪常用聚焦单色器的模拟与比较

用蒙特卡罗中子射线追踪程序McStas对中子衍射应力谱仪单色器部件进行模拟优化:以Cu(220)比较了单色器起飞角和准直系统对样品处中子注量率、分辨率的影响;计算得到给定条件下单色器最佳单晶条数和镶嵌度;单晶条倾角精度建议好于0.1°;计算了Cu(222)、(220)和(002)在不同起飞角情况下获得的中子注量率;相同条件下,Cu和Ge常用晶体单色器中以Cu(220)获得的中子注量率最大,而Cu(222)获得的波长分辨率最佳。

散射大厅内中子导管屏蔽计算

中子导管将冷中子束从冷源引出至散射大厅,为保证大厅工作人员的安全,提供低本底实验环境,必须设计相应的屏蔽体进行屏蔽。在已有中子导管屏蔽体初步结构设计方案的条件下,联合McStas、MCNP,采用分段计算的方法对其进行了屏蔽计算,得到了散射大厅内中子导管周围不同位置处的辐射剂量率,验证了中子导管屏蔽体结构设计方案的有效性,为进一步开展工程设计提供了依据。

蒙特卡罗模拟在中子散射大型科学装置上的应用

我国正在建设三个国家级的中子散射大型科学装置,蒙特卡罗模拟技术在中子散射谱仪的优化设计方面发挥着关键作用。本文介绍了国际上中子散射谱仪模拟技术的发展和应用现状,详细论述了蒙特卡罗方法应用于中子散射谱仪模拟研究的原理,介绍了国际上应用最广泛的中子散射谱仪模拟软件MCSTAS。我们已将模拟技术应用于中国先进研究堆上新建中子散射谱仪的设计工作中,完成了多台谱仪和中子导管的优化设计。本文报道了应力测量专用中子衍射谱仪的部分模拟和优化工作。

中子斩盘斩束效果的模拟计算

转盘式中子斩波器广泛地应用于飞行时间模式中子散射谱仪上,斩盘斩出的脉冲束流特性直接影响着谱仪性能。为更好地进行转盘式中子斩波器的设计,采用Mcstas程序软件,分别对单盘和双盘的中子斩波特性进行了模拟计算。获得了相关物理参数对脉冲注量率和发散度的影响关系曲线。通过理论计算可以了解相关物理参数对斩波特性的影响,计算结果可为斩波器的理论设计以及相关物理参数的优化选择提供理论参考。

中子粉末衍射谱仪束流的椭圆聚焦镜设计

为使中子粉末衍射谱仪满足小样品研究需要,设计了一维椭圆聚焦镜系统并对参数进行了优化,同时对椭圆聚焦镜的相关参数做了较为详细讨论。采用椭圆解析计算和中子追迹程序McStas模拟两种方法,计算了椭圆聚焦镜参数对样品处中子注量率的影响,并以样品处中子注量率最大化为目标给出了优化参数,结果表明,在单色器(椭圆左焦点)到样品(椭圆右焦点)距离为2.7m情况下,采用超镜因子为3、长度为25cm的椭圆聚焦镜,其最佳位置为距离样品560mm处、椭圆长半轴为1 350.016mm,从而可以提高样品处注量率7倍。

中子衍射应力分析谱仪的模拟和优化

本文选择中子散射谱仪蒙特卡罗模拟软件McStas作为研究工具,对中子衍射应力分析谱仪各部件,包括中子导管、单色器、准直系统进行模拟和优化。研究结果可为中子衍射应力分析谱仪建设提供必要的参考数据,对中子衍射应力分析技术的发展有一定促进作用。

冷中子三轴谱仪的整体配置和主要部件的参数设计

从冷中子导管系统的实际情况出发,以程序模拟为主要手段,通过计算和分析得到最重要的设计参数:可用中子波长范围、样品处束流强度和能量分辨率。在这些参数的基础上,结合实际给出了谱仪的整体配置以及主要部件的部分参数,如能量和动量转移范围、单色器和分析器的起飞角范围和嵌镶角、样品台散射角、准直器的准直度及本底和剂量要求等。

热中子三轴谱仪的性能模拟及其参数优化

热中子三轴谱仪(TTAS)是利用非弹性散射测量材料激发态信息的重要实验手段。论文基于Mc Stas中子装置模拟程序对中物院拟建的热中子三轴谱仪的各项参数进行了系统的模拟和优化。研究表明,双聚焦单色器采用15行×11列的阵列、总面积为260 mm(宽)×200 mm(高)时可最大限度地提高中子束流强度,单晶片采用34'的镶嵌度可提高反射中子强度,速度选择器螺旋角最佳值为10.7°。该项模拟研究为热中子三轴谱仪的设计和建设提供了良好的基础和优化的方案。

中子应力谱仪准直器的模拟计算

为了能具体了解准直器系统对中子应力谱仪的性能参数如:样品处中子注量率、谱仪分辨率等主要指标的影响,对安装于中子应力谱仪上的准直器系统进行模拟和计算。通过设定和优化各个准直器参数,分析它们对谱仪性能指标的影响。模拟过程中,我们主要采用了McStas软件来进行建模及优化计算工作,通过对第一、第二准直器等主要部件的发散度参数α_1、α_2和长度的组合变化来发现它们对谱仪整体的影响,并且计算它们引起的分辨率改变,最终我们得到在α_1=α_2=30′下样品处水平方向中子注量率可以达到2.3×10~6n·cm^(-2)·s^(-1),垂直方向可达3.5×10~6n·cm^(-2)·s^(-1),并且当第一、第二准直器发散角α_1=α_2=10′时谱仪可以得到它的最好分辨率F_w=0.2°,它所对应的应变误差值是应力谱仪测量的最小误差。

CSNS带宽限制中子斩波器系统性能研究

带宽限制中子斩波器是飞行时间型中子散射谱仪上的重要设备之一,其性能的优劣影响着谱仪的测试效率。依靠周期性转动的转盘,带宽限制中子斩波器可用于中子波长范围的选择和脉冲周期重叠背底的滤除,提高信噪比。基于安装在中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)通用粉末衍射仪上的带宽限制中子斩波器系统,结合理论计算、McStas软件模拟及中子束流实验方法,对带宽限制中子斩波器的性能进行了系统的研究。结果表明:带宽限制中子斩波器实际选择的波长带宽约为0.478 nm,与目标带宽0.48 nm的相对误差在0.5%以内,具有显著滤除长波背底的效果;验证了安装在CSNS散射谱仪上的带宽限制中子斩波器的性能满足工程需求,也可为即将建设的中子散射谱仪上带宽限制中子斩波器的设计与改进提供参考。

冷中子非弹性散射谱仪能量分辨率的模拟研究

能量分辨率是中子散射谱仪设计中需重点模拟计算的一项指标。本文阐述了基于反应堆中子源的两种冷中子非弹性散射谱仪——三轴谱仪和广谱谱仪的基本测量原理,利用MCSTAS软件分别建立两种谱仪的中子束追踪模型,完成了不同中子入射能量和出射能量下的谱仪整体能量分辨率的定量模拟计算。通过对比发现,广谱谱仪由于其测量原理即特殊的变异散射平面的限制,较三轴谱仪具有低的能量分辨率,但这种特殊的变异散射平面的中子散射轨迹却可优化广谱谱仪的分析器和探测器空间布局。通过分析模拟计算结果给出了适用于提高广谱谱仪能量分辨率的中子准直器类型。

CMRR中子自旋回波谱仪引束导管模拟研究

中国绵阳研究堆(China Mianyang Research Reactor,CMRR)采用由弯导管和直导管组成的引束导管偏转第三条冷中子管(C3)冷中子束第二端口(C32)上部区域内的中子束流,为自旋回波谱仪提供中子束。应用中子射线追踪程序McStas 2.5对引束导管进行蒙特卡罗模拟,从弯导管通道个数、曲率半径以及超镜因子三个方面,考察引束导管设计方案以验证其设计可行性。结果表明:1)弯导管通道个数设计值合理;2)弯导管曲率半径取值在谱仪与屏蔽体安装空间可接受情况下,应尽量大;3)弯导管超镜因子取2.5时,引束导管出口与样品处中子通量可达到最大强度。根据模拟计算结果,弯导管超镜因子设计值偏大,引束导管设计方案总体具有可行性。