長脈衝中子源慢化器中子學性能理論分析與實驗測量

《長脈衝中子源慢化器中子學性能理論分析與實驗測量》是依託清華大學，由王學武擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：長脈衝中子源慢化器中子學性能理論分析與實驗測量
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王學武
• 項目類別：面上項目

項目摘要

高性能中子源已成為眾多前沿科學的綜合性研究平台，產生更高的中子通量和有效利用中子一直是國際中子科學界不斷努力追求的目標。長脈衝中子源與短脈衝中子源相比，實現技術難度低，相同功率水平時造價低，可提供更強的時間平均通量，可提高中子利用效率，正成為與短脈衝中子源互補的主要發展方向。散裂中子源的中子學性能由慢化器輸出的中子特性體現。本項目擬研究不同類型的TMR系統對應的長脈衝中子源慢化器中子強度分布、中子能譜、中子脈衝時間結構等中子學性能及其影響因素與影響機理，探索其中子學性能最佳化方法。研究其中子學性能的測量方法和實驗方案，利用即將建成的ms級長脈衝質子束驅動的清華微型脈衝強子源，開展長脈衝中子源常溫慢化器的中子學性能實驗研究。通過本項目實施，可以掌握相關物理分析、設計及測量方法與技術，積累實驗數據，為長脈衝中子源TMR設計提供理論和實驗依據，為發展適合長脈衝中子源的中子散射譜儀提供中子源項。

結題摘要

以清華微型脈衝強子源CPHS的中子物理學設計為基礎，研究了不同類型的TMR 對應的慢化器中子強度分布、中子能譜、中子脈衝時間結構等中子學性能。分析TMR 結構，及慢化器和反射體的材料、形狀、尺寸等因素，對慢化器中子學性能的影響。借鑑短脈衝中子源TMR 設計中用於提高TMR性能的方法，探索長脈衝中子源TMR中最佳化慢化器中子學性能的方法。研究了改變中子脈衝形狀和裁剪中子脈衝尾巴的長脈衝TMR時間性能最佳化方法利用CPHS產生的能量3MeV/脈衝流強20mA/脈衝寬度50μs/重複頻率5Hz的質子束流轟擊Be靶，採用常溫聚乙烯慢化器、退耦合水慢化器和耦合水慢化器得到脈衝中子束流。採用中子飛行時間方法和活化方法分別測量各條中子束線的中子能譜，並將最後的實驗數據處理結果與模擬結果進行比較分析。利用中子脈衝形狀測量裝置測量了波長為1.1696Å中子的時間結構。結果表明，1.1696 Å中子脈衝形狀的實驗值與模擬結果符合較好。研究並製作了固體甲烷的彈性散射截面與非彈性散射截面資料庫，完成了CPHS基於固體甲烷的低溫慢化器物理設計。為了了解質子束流打靶的情況，為中子學測量與分析提供重要基礎參考依據，2015年提出了使用紅外熱像儀進行打靶束斑監測的方案，以得到靶上溫度空間分布和時間分布。選擇使用反射鏡直接通過束流真空管道觀測鈹靶表面的方案，估算鈹靶溫度為100~200攝氏度，紅外光發射波段為2~15um。使用紅外熱像儀進行了打靶束斑監測模擬實驗。進行了紅外窗性能的測試，確定最終方案及紅外熱像儀設備參數。