中国先进研究堆工程科学应力谱仪性能优化与刻度研究

为充分发挥中国先进研究堆工程科学应力谱仪在工程构件残余应力表征的作用,在常用金属测试所需的中子波长约0.164 nm下进行谱仪的性能优化和刻度研究。在此波长下,将Fe(211)衍射峰的峰位误差作为光路优化的品质因数,通过调整单色器的水平聚焦和垂直聚焦姿态,获得了最优性能的聚焦光路。采用金箔活化法测试了样品处中子注量率,在反应堆满功率60 MW的条件下,样品处中子(波长0.164 nm)注量率为3.0×10^(7)cm^(−2)·s^(−1)(±4.5%),在衍射角约90°的分辨率为0.42%。使用带缝隙的镉片测试了探测器的位置分辨,获得探测器水平方向的位置分辨为(1.44±0.03)mm。本工作完成了谱仪的光路优化与性能刻度,为谱仪投入运行奠定了实验基础。

中子衍射应力谱仪垂直聚焦单色器的优化设计

为提高应力谱仪样品处的中子注量率,对垂直聚焦单色器进行了优化设计。应用蒙特卡罗模拟程序MCSTAS对中子衍射应力谱仪的垂直聚焦Ge(511)单色器进行优化计算,得到了垂直聚焦单色器的高度与单晶片之间的倾角等参数的最佳值。然后,对比分析了在垂直聚焦单色器与平板单色器两种情况下样品处的中子注量率。最后,讨论了单色器起飞角对谱仪分辨率的影响。计算结果表明:单色器尺寸为50 mm×150 mm;垂直单色器在样品台中心位置的中子注入量是平板单色器的4.99倍,表明利用垂直单色器可以显著提高应力谱仪样品处的中子注量率。

反应堆上应力测量谱仪的优化设计

主要是针对稳态堆上专门做应力测量的两轴谱仪优化设计的研究。首先介绍了研究布拉格峰的宽度和强度的公式;讨论了两种不同情况下-放置在中子导管上和束导管上的应力谱仪,对于给定的分辨率,如何选择准直器的发散度和单色器的镶嵌角。

中子衍射应力谱仪的模拟计算

中子衍射法是迄今为止可直接测量材料或工程部件内部深处应力场分布的唯一非破坏性方法,在工程上具有重要的应用。论文用McStas软件模拟计算了应力谱仪样品台处的注量率,同时理论计算了谱仪的分辨率,并且分析了第二准直器对样品台处中子注量率和谱仪分辨率的影响,结果表明谱仪的第二准直器对中子注量率影响很大,样品处衍射角小于120°时,谱仪分辨率良好。