中子小角散射实验及原始数据的处理

中子小角散射技术是研究纳米尺度范围材料结构的有力工具。中子小角散射实验测量和原始数据的处理方法相对较复杂。为了获得样品的绝对中子小角散射强度数据,通常需要进行入射中子束强度、散射强度、样品的透射率、实验本底以及空样品盒的散射强度和透射率等多项实验测量。若要获取较宽散射矢量范围的实验数据,还要改变实验仪器设置,对同一样品进行几次测量。而对所测数据也需要进行多项处理,才可获得便于分析的小角散射强度曲线。本文简单介绍实验原理和测量方法,重点讨论原始数据的处理方法,其中详细讨论了各向同性散射数据的平均以及合并方法。

使用山嵛酸银标定中子小角散射谱仪的关键参数

为了快速标定中子小角散射谱仪的关键参数:速度选择器的选择波长和波长分辨率以及谱仪布局下的Q分辨率,采用实验方法对山嵛酸银粉末的中子小角散射实验数据进行了拟合。首先,确定谱仪布局,包括准直光阑孔径大小、准直长度、样品到探测器之间的距离;其次,在中子小角散射谱仪的机械速度选择器设置在3 000、4 000、5 000和6 000r.min-1 4种不同转速下,测定山嵛酸银粉末的中子小角散射谱;最后,对实验数据进行反演分析。通过分析,计算出该机械速度选择器常数为2 329.2r.m-1.nm,从而得到了4种不同转速所对应的选择波长分别为0.776、0.582、0.466、0.388nm;通过对实验数据的拟合还得到了该速度选择器的波长分辨率(23.75%),以及在此谱仪布局下的Q分辨率曲线。结果表明,使用山嵛酸银粉末的中子小角散射能够较好地标定谱仪的关键参数,从而支持对中子小角散射数据的正确分析和反演。

中子小角散射谱仪Q分辨率计算和对形状因子影响分析

介绍了中子小角散射谱仪分辨率函数及其相关的Q标准差计算方法,分析了Q标准差有关谱仪的几何布局、中子的波长弥散对其的影响。介绍了一维Q分辨高斯函数计算方法。结合两个具体谱仪布局和一个理想实心球体的形状因子曲线,卷积得到了不同谱仪布局下形状因子的弥散曲线,对精确分析中子小角散射数据,应结合使用谱仪分辨率函数。

重力场中子小角散射Q分辨函数计算方法

中子小角散射由于散射路径较长,中子飞行过程中重力的影响不能被忽略。通过vitess程序模拟证实了重力对Q的贡献,并通过解析计算,在单束准直长度L_1=L_2=12m、Q为0.1 nm^(-1)时候,得到了重力场中子小角散射Q分辨函数:Q_G达到实际散射矢量的0.95%,修正计算得到的Q_0值比实际散射矢量增加约0.2%,Q分辨函数宽度为6.7%,表明计算后得到的Q_0值更接近于真实矢量值。本文研究工作可以为中子小角散射实验人员提供数据处理过程的重力影响扣除计算方法和数值参考。

改善中子小角散射谱仪品质的聚焦透镜组设计

根据中子聚焦透镜基本原理,结合绵阳中子小角散射谱仪最小Q布局,设计了一套旨在提高该谱仪品质的聚焦透镜组,并分别计算了使用该透镜组的中子小角散射谱仪在样品位置中子强度、谱仪最小Q值和谱仪Q分辨率的改善情况。

中子小角散射谱仪探测器标定测试方法

介绍了用于中子小角散射谱仪上的二维位敏探测器标定测试方法。通过对MK-640N-1类型二维位敏探测器的3个重要指标:探测器效率、探测器分辨率和探测器单元均匀性的测试和计算,得到了重要的数据指标,对实验的数据的准确分析提供了支持。

中子小角散射实验中放射性样品伴随γ抑制

为抑制中子小角散射实验中伴随γ辐射的影响,研究弱散射能力中子辐照样品在不同实验条件下探测器获取的散射信号。结果表明:通过适当降低探测器的阳极工作电压,伴随γ辐射信号在全背底中的贡献比例降低,二维散射图谱环向均匀性大幅提升,散射信号的信噪比明显提高;根据辐照样品特性优选探测器阳极工作电压,可抑制伴随γ辐射的影响,改善样品的散射数据质量。

人血清白蛋白与锌离子缔合效应的中子小角散射研究

采用中子小角散射谱仪对系列溶液样品进行测量，直接获得锌离子－人血清白蛋白分子配位体的亚微观结构参数。结合平衡透析法实验结果和其它已知条件，定量地描述了锌离子与人血清白蛋白在不同条件下相互作用的微观过程，其结果与传统化学和生化方法所得结果相吻合。

Co纳米线阵列的掠入射中子小角散射研究

本文采用掠入射中子小角散射(GISANS)技术,研究了沉积在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中的Co磁性纳米线阵列的空间结构,利用计算机软件对GISANS实验进行了理论模拟,并与扫描电子显微镜(SEM)观察的结果进行比较。结果表明,GISANS实验结果、GISANS理论模拟结果和SEM实验结果三者相吻合。纳米线直径约为60 nm,纳米线中心平均距离约为121 nm,垂直于样品表面相互平行排列,在样品平面内呈现出二维局域六角有序排布。本工作证明了GISANS实验技术结合计算机理论模拟,是研究纳米线阵列及类似纳米体系的有力手段。

用于中子小角散射的中子反射镜聚焦性能评价

中子因具有极强的穿透力被广泛应用于材料与生物试样微观结构检测,但由于中子束强度显著弱于X射线,通常采用聚焦的方式来实现对中子束的有效利用。针对前期基于高性能制造思想研发的金属材质部分回转椭球中子反射镜进行了聚焦和中子小角散射实验测试。结果表明,聚焦中子束的最大强度能够达到漫散射强度的103,实现了与前端针孔尺寸几乎相等的圆形焦斑。通过远离最佳焦平面的聚焦实验,获得了不同镜心到探测器距离的束流剖面,该束流剖面的半峰全宽与基于几何光学的理论计算值吻合良好,分析了直射中子束和反射中子束的波长分布,中子的反射率达到了60%,峰值强度超过了1 000个计数/像素(0.1 mm×0.1 mm)。以介孔二氧化硅(MCM-41)为标样,获得了中子小角散射的初步结果。结果表明,该中子反射镜具有良好的聚焦性能,能够应用于中子小角散射。

富勒烯-PVP聚合物链团结构的中子小角散射实验

利用高分子聚合物PVP可将富勒烯(C60)溶解于水，其水溶液中富勒烯最大含量为1％，而聚合物PVP与TPP的混合物可使水溶液中可溶解的富勒烯高达6％，这对富勒烯的应用有重要价值。应用中子小角散射技术可以研究水溶液中PVP+C60聚合物和PVP+TPP+C60聚合物里各聚合物分子与富勒烯分子形成的链状结构及其大小以及在不同富勒烯含量下的变化。

冲击加载合金材料微缺陷的中子小角散射初步实验

在冲击动态加载破坏下，金属材料会产生微孔洞、微裂纹和位错等微结构缺陷，这会明显影响材料的某些性能。采用中子小角散射技术研究了冲击加载前后合金材料微缺陷的变化。实验样品分别是以Al和Mg为基体、含有少量其他元素的两种圆柱状合金材料，将样品用不同速度的钢弹冲击，测量样品为加载前、后合金材料共计4个。

富勒烯-PVP聚合物链团结构的中子小角散射实验研究

应用中子小角散射技术研究了水溶液中富勒烯PVP聚合物的链团结构及其大小以及它们在不同富勒烯含量下的变化.结果表明当加入富勒烯后,不论是PVP单体分子链还是大分子链团,其相关长度与纯PVP溶液相比均变小,且大分子链团的变化更为明显;在不同富勒烯含量情况下,高富勒烯含量的富勒烯PVP分子链团的体积更小.

常波长超小角中子散射谱仪设计

为探索常波长模式的超小角中子散射(USANS)谱仪技术,在广泛调研的基础上对USANS谱仪作原理设计,用Simres、NOP程序以及解析方法,进行了单色器/分析器的切槽单晶设计,谱仪前置单色器设计,并计算了谱仪最小Q分辨。结果表明,达尔文平台宽度影响谱仪的最小Q分辨,设计选取的Si单晶几个晶面的角度分辨足可使USANS系统的最小Q分辨达10^(-5)量级,在单色化的中子导管后端,USANS谱仪使用垂直聚焦单色器并不明显增加样品台注量率,为简化单色器结构及其加工,建议对单色化中子后端的USANS谱仪采用非聚焦前置单色器。

小角中子散射谱仪技术的发展及未来展望

小角中子散射以中子作为探针,通过弹性相干散射,表征物质微观、介观结构,在物理、化学、材料和生物等多个学科领域有着广泛应用。最早的小角中子散射谱仪采用针孔几何进行中子束线准直,测量尺度在1~100纳米;随着中子源通量的增加、中子光学和探测技术的发展,小角中子散射技术逐渐向更大和更小尺度两个方向发展。在更大尺度方向,发展了微小角、超小角和自旋回波中子散射技术;在更小尺度方向,发展了无序大分子中子全散射技术。为了能够一次性表征多尺度复杂体系结构,小角中子散射技术正在向着全尺度覆盖、智能化数据分析的方向发展。本文依循小角中子散射技术和相应的中子谱仪在国内外的发展历程,梳理了不同技术的特点和应用范围,进而展望了这一技术的发展方向,期间穿插概述了相关技术在基础和应用科学研究领域的作用。

中子无损表征技术及其在失效分析中的应用

材料或部件在加工及服役过程中产生的残余应力、缺陷、织构和纳米析出相,成为影响服役性能及使用安全的重要因素。由于中子具有对特定材料深穿透性强、对较轻元素及同位素敏感的特性,使其成为无损表征的重要手段。通过列举中子散射及中子成像技术在材料及部件内部的残余应力、织构、纳米析出相和缺陷的典型应用示例,证明中子无损表征技术在材料失效分析中具有独特的优势,是改善加工工艺及延长服役寿命的重要支撑手段。

二维数据处理程序PXY的应用

介绍了中子小角散射实验数据处理程序PXY,该程序能较好地进行多维处理数据。作者做了范例数据的二维处理,并对结果进行分析。还做了AgBE粉末样品的在中子小角散射谱仪上的波长校正实验,并对实验数据使用PXY程序作了处理,分析了处理结果。

冷压成型压力对HMX基PBX微结构影响的SANS研究

为了探索冷压成型压力对高聚物粘结炸药(PBX)微结构的影响,采用衬度变换中子小角散射(SANS)技术测试了不同压力成型奥克托今(HMX)基PBX的中子小角散射信号,利用Porod定理获得了样品中炸药晶体-粘结剂-孔洞三者之间界面面积随成型压力的演化。结果表明,成型压力由64MPa增加至178MPa时,样品密度由1.55g·cm^-3增加至1.72g·cm^-3,HMX与粘结剂之间的界面结合率由23.7%增加至26.7%,单位质量PBX内部总界面面积Stotal减小6.1%(实验误差3%),HMX与粘结剂之间的界面面积SHB增加15.2%,HMX与孔洞之间的界面面积SHV基本不变,而粘结剂与孔洞之间的界面面积SBV则下降38.0%,表明这个过程中造型粉和粘结剂被逐渐压实;成型压力由178MPa增加至382MPa时,样品密度增加至1.79g·cm^-3,HMX与粘结剂之间的界面结合率增加至42.3%,Stotal减小11.2%,SHB增加49.0%,SHV减少25.8%,SBV下降45.5%,说明这个过程中除了造型粉和粘结剂被压实外,还有大量的粘结剂流动至HMX晶体表面。此外,成型压力由64MPa增加至382MPa时,SHV与SHB之和(即单位质量PBX样品内HMX炸药晶体总的界面面积)基本保持不变,说明该冷压过程并未导致HMX晶体大量穿晶破碎,这与光学显微观察结果一致。

含能快递

美陆军用中子小角散射和X-射线散射研究PBX的力学损伤 美国陆军研究实验室的Trevino用中子小角散射和X一射线散射研究了PBX9404、PBX9501、PBX9502和PBX2A中炸药和粘结剂与孔隙间的比表面积。结果表明，PBX的中子小角散射和X-射线散射数据符合Porod散射规律，

一种去除小角散射中狭缝污染的矩阵方法

对于采用狭缝准直系统的小角散射谱仪,由此产生的散射强度曲线畸变污染必须予以扣除。在分割分布函数法的基础上,发展了一种去污染矩阵方法;在特定条件下,用简单的线性运算取代了常规的求解积分方程方法;实际使用效果良好。涉及矩阵运算和小角散射实验测量的特殊之处也进行了详细讨论。