中国散裂中子源自研前端专用芯片CSNS_VASD性能测试

中子闪烁体探测器是中国散裂中子源工程主力探测器之一,高探测效率是目前正在研制的第二代中子闪烁体探测器的设计目标。CSNS_VASD芯片是中国散裂中子源工程专门为第二代中子闪烁体探测器研发的一款专用集成电路芯片。为了验证芯片性能,设计了专用测试系统,并在实验室和中子束线对芯片进行了测试。测试结果显示:自研芯片的非线性误差≤1%、等效噪声电压≤0.63 mV、通道间串扰≤0.89%;探测器探测效率为40.7%@0.1 nm。性能指标均达到了工程设计指标的要求。CSNS_VASD芯片的成功研制为中国散裂中子源工程的顺利建设提供了可靠的技术保障。

中国散裂中子源二期靶站关键部件辐照损伤模拟计算

中国散裂中子源一期工程于2018年通过国家验收,当前束流功率已经达到140 kW.为进一步提高靶站慢化器输出中子强度,已经提出中国散裂中子源二期500 kW功率升级计划.靶站关键部件长期受到高通量、高能量的粒子辐照,会产生较强的辐照损伤,影响着这些部件的使用寿命.本文首先使用PHITS3.33程序计算了钨、SS316不锈钢、6061铝合金3种材料的质子和中子原子离位截面以及氢、氦的产生截面,并分析了NRT(Norgett-Robinson-Torrens)模型和热平衡前原子复位修正(athermal recombination corrected,ARC)模型对材料离位损伤的影响.在此基础上结合中国散裂中子源二期靶站基线模型计算了靶站关键部件在500 kW的束流功率下运行5000 h产生的原子离位次数(displacement per atom,DPA)以及氢、氦的产额.计算结果表明,钨靶受辐照后产生的NRT-dpa,ARC-dpa,H和He产额最大值分别为8.01 dpa/y(1 y=2500 MW·h),2.39 dpa/y,5110 appm/y(atom parts per million,appm,每百万原子中产生该原子的个数)和884 appm/y.同样也计算了靶容器、慢化器反射体容器和质子束窗的辐照损伤值,根据这些部件的辐照损伤值预估了各自的使用寿命.这些结果对分析中国散裂中子源二期靶站关键部件的辐照损伤情况,构建合理的维护方案有着十分重要的意义.

中国散裂中子源伴生质子辐照实验平台及其技术参数的确定

为了利用负氢离子加速器中伴随产生的质子成分,中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)在直线加速器末端建设了伴生质子辐照实验平台(associated protons experimental platform,APEP)。为了确定其性能参数,采用散射测量、束斑照相、同位素活化法等实验方法对伴生质子辐照实验平台的主要参数进行了刻度。实验证实,该辐照平台可以提供的质子能量范围为10~80 MeV,束斑分布均匀,束流强度范围为1.2×10^(7)~4.0×10^(9) cm^(-2)·s^(-1)。伴生质子辐照实验平台运行稳定,每年提供超过5000 h的束流时间,可以满足宇航器件可靠性测试、探测器刻度、辐照育种以及材料抗辐照特性测试等多种应用需求。

钨靶在散裂中子源中的应用

近年来,随着核聚变、散裂中子源等大科学装置的建设和运行,钨作为一种具有优异性能的难熔金属材料,其重要性更加显著。本文介绍了世界散裂中子源的发展情况,重点阐述了散裂中子源对于钨靶材的要求及其研发技术。中国散裂中子源用钨靶组件,创新性地通过钽包覆钨和高效散热结构的开发,成功解决了钨靶在高能量粒子辐照产热和冷却水腐蚀的技术难题,保证了散裂中子源设备的正常运行。

中国散裂中子源:聚焦广东高质量发展的“超级显微镜”

[导读]坐落在东莞松山湖片区的中国散裂中子源(CSNS)是国家“十二五”期间重点建设的重大科技基础设施项目。作为我国第一台、世界第四台脉冲型散裂中子源,该装置从2000年7月开始谋划,到2011年10月工程奠基,再到2018年8月(一期工程)通过国家验收,前后历时近20年。CSNS的成功建成不仅填补了国内脉冲中子源及应用领域的空白,更为前沿科学研究和国家战略需求提供了先进的中子散射研究和应用平台,显著提升了我国在相关领域的技术水平和自主创新能力。今年年初,CSNS二期工程正式启动建设。未来,C SNS将在凝聚态物理、磁性材料、新能源材料、超导材料等领域发挥出更加重要的作用,引领经济社会高质量发展。

中国散裂中子源(CSNS)真空系统研制

中国散裂中子源(CSNS)将提供能量为1.6Ge V、功率为100k W的短脉冲质子束,以25Hz的重复频率撞击固体金属靶,产生散裂中子。散裂中子源是一个多学科平台,可以进行物理、化学、生物学和材料科学研究。本文描述了CSNS真空系统各个部分的结构特点、技术要求、设计方案和实验结果。通过金属化法和玻璃粘结法分别完成了四极陶瓷真空盒和二极陶瓷真空盒样机的研制。经过测试,陶瓷真空盒样机的机械尺寸、抗拉强度和真空性能达到了设计指标。另外,为了减小二次电子发射系数,在陶瓷真空盒内表面用磁控溅射法镀氮化钛,通过小样品测试了氮化钛膜的厚度、成分、二次电子发射系数和附着强度。目前,CSNS真空系统大部分设备和部件已投入批量生产,2014年10月中旬开始安装,2018年CSNS达到国家验收指标。

中国散裂中子源(CSNS)LRBT输运线真空系统

中国散裂中子源(CSNS)质子加速器由产生能量为80Me V的负氢离子直线加速器、直线加速器到环(LRBT)和环到靶(RTBT)的束流输运线、以及积累和加速质子束到1.6Ge V的快循环同步环(RCS)组成,而总长约200米的LRBT段是该加速器的重要组成部分。本文介绍LRBT段真空系统,包括总体布局设计,物理需求,真空参数,关键设备,安装和调试工作;目前,LRBT动态真空在打靶功率50k W时优于2×10-6Pa,满足物理需求,各非标真空设备、真空获得及测量设备等经过2年半的长期运行,稳定可靠无故障。

PTC ASIA 2015高新技术展区现场技术报告之六 水液压技术在中国散裂中子源(CSNS)重大工程中的应用--据浙江大学教授徐兵报告整理

CSNS简介 CSNS是中国＂十一五＂期间重点建设的最大科学仪器装置,建成后,CSNS将成为发展中国家的第一台散裂中子源,和正在运行的美国、日本、英国散裂中子源一起,构成世界四大脉冲散裂中子源。

中国散裂中子源加速器束流引出调试和束损优化

引出系统是中国散裂中子源快循环同步加速器的核心组成部分,对束流精确打靶和加速器稳定运行具有重要意义。首先,详细介绍了快循环同步加速器的引出系统和束流引出方案,重点介绍了一些引出系统相关的关键技术。其次,对引出束流调试进行深入研究,包括纵向束流调试、横向束流调试、引出束流分布优化等,其中纵向束流调试主要针对8个引出Kicker定时进行精确标定,横向束流调试主要指Lambertson型磁铁、8个Kicker磁铁、高能输运线模式的匹配设置。最后,对引出束流束损进行深入研究和针对性优化,探索引出束流损失的各种来源,对Lambertson型磁铁漏场、引出束团长度、Kicker波形平顶、Kicker波形变化进行深入研究并对一些新的测量方法进行详细论述。同时,对Lambertson型磁铁入口产生超大辐射热点的现象进行深入研究,寻找其产生大量束流损失的根源,并提出最终解决方案,降低引出束流损失和辐射剂量,使其满足加速器运行要求。

CSNS散裂中子源靶站方案设计

散裂中子源能是新一代的加速器基于脉冲中子源,能为中子散射提供高通量的脉冲中子.文章重点介绍了中国散裂中子源项目中靶站各部件的功用及其布置方式,在用IDEAS软件包有限元方法分析计算的基础上对部分零部件结构进行了初步设计.

先进裂变核能的关键核数据测量和CSNS白光中子源

在设计加速器驱动的次临界系统(ADS)、核废料嬗变装置及钍基熔盐堆时亟需一些关键核数据,当前核数据库受实验条件或中子能区的限制,存在核数据精度不高甚至少部分核素数据缺失的情况。本文综述了国内外相关的核数据研究和相应的白光中子源情况。基于中国散裂中子源(CSNS)的反角通道白光中子源实验终端的中子束流具有非常宽的能谱(0.01eV～200 MeV)和很好的时间特性。模拟得到距靶80m处的实验终端的中子注量率为9.3×106 cm-2.s-1,1eV～1MeV能量间隔内的中子数占总中子数的53%;同时,加速器运行在双束团模式或单束团模式,时间分辨率均在0.3%～0.9%之间,适合开展核数据测量。

中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪尖嘴型中子准直光阑的研制

中国散裂中子源(CSNS)工程材料中子衍射谱仪(EMD)的样品非常大,且形状各异,有些样品甚至是曲面的,中子准直光阑(狭缝)要靠近这些异形构件,需要设计成尖嘴型。狭缝的主要作用是给样品测试提供所需要的束流尺寸,并保证束流尺寸精度很高,束流没有太多杂散中子。工程材料中子衍射谱仪的尖嘴型狭缝为连续型,开口可以根据实验需求进行变化。狭缝采用双导轨结构,定位精度高,重复定位精度优于10μm,绝对定位精度优于30μm。狭缝刀片采用富集碳化硼,较大程度减小了刀片的厚度,可以有效降低狭缝悬臂结构的变形量,保证狭缝有足够长度的尖嘴,能够接近异形构件,特别能够深入到长管内部,提高了工程材料中子衍射谱仪的实验能力。狭缝采取双重安全设计:导轨互换系统和防撞结构,可以有效防止狭缝在使用过程中被大件样品撞坏。该狭缝已经应用到中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪的实验测试,为残余应力测量做出了重要贡献,它的应用为国内外尖嘴型狭缝的设计提供了非常重要的参考。

用于中国散裂中子源闪烁体中子探测器的^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏性能研究

^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏是闪烁体型中子探测器的重要组成部分,其性能优劣会直接影响着探测器的应用,为了筛选出满足中国散裂中子源(CSNS)上工程材料中子衍射谱仪和能量分辨中子成像谱仪的中子探测器需求的高性能闪烁屏,利用中国散裂中子源的20号中子束线,系统研究了AST公司的多种^(6)LiF/ZnS(Ag)闪烁屏样品的相对热中子探测效率和中子信号积分谱,并通过刻度光测试系统中的光电倍增管得到这些样品的出射光产额,选取出用于闪烁体中子探测器的最佳闪烁屏材料。研究结果表明,^(6)LiF∶ZnS(Ag)质量分数比为1∶2,基底材料为塑料,闪烁屏厚度为300μm的AST-26139闪烁体样品性能较高,满足中子谱仪的中子探测器需求。

源于中国散裂中子源的示范性虚拟仿真实验教学项目建设

基于中国散裂中子源的中子反射测试技术,采用中子反射科学计算模型,构建了沉浸式的、多路推进的、自主探索的、智能化的虚拟仿真实验项目.该实验运用科研算法实时计算,自动生成随机模型参量,每次实验不同且数据可科学分析,达到了真实实验的教学效果.该项目培养了学生的中子反射实验能力,锻炼了学生的自主探索精神,充分体现了“两性一度”的要求,拓展了物理实验教学的广度和深度,同时也宣传了我国取得的科研成就.

中国散裂中子源工程材料中子衍射谱仪成功出束

据报道,2022年12月29日下午,中国散裂中子源(CSNS)工程材料中子衍射谱仪成功出束,开始带束调试,标志着谱仪设备研制与安装的成功。工程材料中子衍射谱仪是散裂中子源科学中心与东莞材料基因高等理工研究院共同建设的国内唯一的飞行时间工程材料谱仪,也是中国散裂中子源继多物理谱仪和大气中子辐照谱仪后完成建设的第三台合作谱仪。为了确保工程材料中子衍射谱仪的建设,工程材料中子衍射谱仪项目组、中子科学部相关专业组、散裂中子源科学中心与东莞材料基因高等理工研究院相关部门克服众多重大技术挑战和疫情的影响,保证了谱仪设计、研制、安装与调试的顺利进行。

中国散裂中子源高能非弹谱仪成功出束

据中科院高能物理研究所东莞研究部介绍,2023年1月12日上午,中国散裂中子源(CSNS)高能直接几何非弹性中子散射飞行时间谱仪(高能非弹谱仪)成功出束,开始带束调试,初步获得了与设计相符的中子能谱及单色化的入射中子,标志着谱仪设备研制与安装的成功。据悉,高能非弹谱仪是国内首台中高能非弹性中子散射谱仪,填补了我国百meV以上中高能非弹性中子散射的空白,也是CSNS首台非弹性散射类型谱仪和第六台成功出束的合作谱仪,由散裂中子源科学中心与中山大学共同建设。

散裂中子源靶站和中子散射谱仪的概念设计

本文介绍了可应用于多学科应用的散裂中子源(CSNS)靶站和中子散射谱仪概念设计的进展。CSNS靶站将由重水冷却多片钨靶,铍/铁反射体和铁/重混凝土生物屏蔽体组成。采用三个WING型慢化器:水(室温),液体甲烷(100K)和液体氢(20K),设有18个水平中子孔道。MonteCarlo模拟显示优化的靶截面高宽比为1:2.5左右。额定的100kW核功率的质子束轰击后,慢化器处钨靶溢出的脉冲中子通量约为2.4×1016cm?2·s?1。有限元方法计算表明,钨靶体内的总发热量是47kJ/s。即使使用截面较小的钨靶,在通常的水冷速率下,靶体温度也仅略高于90°C。靶体的热应力形变最大不超过0.2mm。根据经济实用原则选择建造粉末衍射仪、小角散射仪、反射仪及直接几何非弹性散射仪等四类有代表性的中子散射谱仪,就能覆盖>80%的中子散射研究领域。

中国散裂中子源DTL漂移管的预准直

漂移管直线加速器(Drift Tube Linac,DTL)是中国散裂中子源(China Spallation Neutron Source,CSNS)直线加速器的主要部分,负责将脉冲流强为15 m A的负氢离子从3 Me V加速到80 Me V,再注入到快循环同步加速器(Rapid Cycling Synchrotron,RCS)中实现进一步加速。DTL加速器本身技术工艺复杂,要求极高的加工精度和准直安装精度,是CSNS的关键技术之一。本文介绍了中国散裂中子源漂移管的预准直方法,从最初的预研到正式安装,解决了一系列难题,包括漂移管的标定、安装和准直调整,形成一整套流水线式的预准直流程,最终漂移管预准直的精度优于物理设计指标,可为同类别的准直测量提供参考。

中国散裂中子源反角白光中子束流参数的初步测量

中国散裂中子源(CSNS)已于2018年5月建设完工,随后进行了试运行.其中的反角白光中子束线(Back-n)可用于中子核数据测量、中子物理研究和核技术应用等多方面的实验.本文报道对该中子束的品质参数测量实验过程以及最终实验结果.实验主要采用中子飞行时间法,利用^(235)U,^(238)U裂变室和~6Li-Si探测器测量了中子能谱和中子注量率,又利用闪烁体-互补金属氧化物半导体探测系统测量了中子束斑的剖面,得到了该束线的初步实验测量结果.其中白光中子的全能谱测量范围eV—100 MeV,给出了不确定度分析;给出了中子注量率两个实验厅位置的满功率值;给出了白光中子在直径60 mm情况下的全能区束斑.通过与模拟结果的比较探讨了以上结果的合理性,并提出了改进计划.这些实验结果为以后该束线的核数据测量和探测器标定实验奠定了基础.