《中國散裂中子源試驗型Muon源的概念設計及相關技術研究》是依託中國科學技術大學，由葉邦角擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：中國散裂中子源試驗型Muon源的概念設計及相關技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉邦角
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
散裂中子源及其套用研究是目前國際上研究的熱點，而依託於散裂中子源建設的muon源在粒子物理、材料科學、生命醫學、能源研究等諸多領域中都有重要意義。本課題根據正在建設的中國散裂中子源的統一規劃，採用理論模擬對國內擬建的首個試驗型muon源裝置開展先期概念設計及相關技術進行研究。用多種Monte Carlo模擬程式和仿真模擬軟體等進行muon靶的物理設計，最佳化設計表面muon源的束線布局，探索不同於國際上已有muon源裝置布局的CSNS表面muon源建設的可行性。採用先進的小尺寸閃爍體探測器、光電探測器、電子學及數據採集系統、徑跡重建理論等技術進行MuSR譜儀的物理設計，建立一台譜儀樣機並進行測試，實現國內首台高頻率、高計數和正電子位置分辨的MuSR譜儀的初步研製。本課題的研究將為我國試驗型muon源的建設以及第二靶站muon源的建設提供依據，為我國實現muon科學的基礎研究打下堅實的基礎。
結題摘要
本項目實施三年中，我們基於中國散裂中子源高能質子套用區的最新布局規劃，完成了常規試驗型μ源的概念設計、μSR譜儀的預研製及部分測試，同時提出了加強型μ源、高能脈衝正電子源等多用途粒子源的概念設計。在常規表面μ源方面，我們通過比較不同靶材和靶型表面μ的產率及相應的熱量沉積和熱應力分析，提出採用60×60×60mm的方形石墨靶作為常規的試驗型μ靶的主體。通過大量的束流傳輸模擬，確定了一個最簡化的常規表面μ子源束線，該傳輸線採用常規磁鐵組（二極磁鐵、四極磁鐵、粒子分離器等）來收集靶產生的表面μ，偏轉及傳輸μ子束至實驗終端，最終到達μSR譜儀的μ束流強度可達到1E+5 μ+/s，束斑直徑為4cm，角散控制在100 mrad之內，能散約10%，設計參數達到了預期目標。基於常規試驗型表面μ源，我們開展了常規μSR譜儀的預設計，方案採用時間性能良好的塑膠閃爍體陣列探測μ在樣品中衰變的時間，採用閃爍體接光導傳輸信號到快光電倍增管，使用數據採集卡採集最終的時間信號。通過模擬計算最終確定出閃爍體條的厚度為5mm；長度可以為50-60mm；根據樣品室的尺寸，如果時間分辨要達到2.5 ns左右，陣列由100-120路組成，此時閃爍體的寬度為10-12mm。根據模擬結果，對單路探測器的時間性能採用單光子的方法進行了測試，給出了最佳時間分辨為58ps，最差解析度為2.6ns。在本項目的基礎上，我們提出了加強型μ子源的概念設計，該方案採用超導螺線管收集和輸運μ和π，實現了表面μ強度的顯著提高以及高能量衰變μ和低能μ源的共生，其中表面μ的產率可以達到1E+6~7 μ+/s，比常規型高1-2個量級，在實現高強度的μ源基礎上，我們通過慢化可以得到能量可變的低能μ源，這對材料的表面和薄膜磁性研究十分重要。同時我們基於常規型表面μ源的設備，提出了MeV脈衝正電子源和相應的高能脈衝正電子譜儀方案，該方案利用行波斬波器來實現脈衝調製的構想，最終可以達到1E+3~4 e+/s的束流強度，以及1ns以內的束團寬度，可以實現對工業器件的線上缺陷檢測。本課題的完滿完成了我國第一個試驗型μ源的概念設計，在完成課題任務的基礎上，還創新性地提出了兩種多用途粒子源方案，為中國散裂中子源將來建造μ源及多功能套用平台提供了設計藍本。
