國內中子散射裝置

 

中國散裂中子源

CSNS

 

中國先進研究堆

CARR

 

中國綿陽研究堆

CMRR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

中國散裂中子源CSNS
 

 

  中國散裂中子源(CSNS)的概念設計和預制研究歷時8年,由中國科學院主持,高能物理研究所和物理研究所的百余名科技人員參加了此項工作,并得到了中國科學院和廣東省東莞市的專項預研經費、國家自然科學基金、國家973項目的經費支持。

  束流功率為100kW的中國散裂中子源(CSNS)將成為發展中國家擁有的第一臺散裂中子源,并進入世界四大散裂中子源行列,將為國內外科學家提供世界一流的中子科學綜合實驗裝置,其科 學壽命超過30年。它與我國正在建設的具有國際先進水平的中國先進研究堆(CARR)將形成互補的局面,共同為我國中子散射用戶提供全方位的創新研究服務。

  CSNS裝置建設的主要內容包括:一臺80MeV負氫離子直線加速器、一臺1.6GeV快循環質子同步加速器、兩條束流輸運線,一個靶站和一期3臺譜儀及相應的配套設施。

   

  CSNS的總體設計指標為:打靶質子束流功率100kW,脈沖重復頻率25Hz,每脈沖質子數1.56×1013 (平均流強62.5μA),質子束動能1.6GeV,最高通量每質子、每單位立體角弧度5×10-3。廠房、隧道和靶站的建設已經考慮到一期80MeV,100KW的負氫直線加速器將來升級到二期250MeV,500KW的情況。參照國際同類裝置的建造及運行經驗,CSNS工程竣工的驗收標準為所建裝置具備所有達到100kW打靶束流功率設計指標所需的設備,并通過初始性能驗收測試。驗收測試的指標為脈沖質子數達到設計指標的1/10(即1.56×1012),每質子、每單位立體角弧度的中子通量達到設計指標;譜儀驗收指標為譜儀探測器中子探測效率大于50%,空間分辨達到2.54×2.54cm2(高通量粉末衍射儀)和0.8×1.0cm2(小角衍射儀,多功能反射儀),時間分辨低于5μs。

  靶站體系包括鎢靶,三個中子慢化器(耦合氫慢化器容器、退耦合窄化氫慢化器、退耦合水慢化器容器), 鐵鈹反射體,鐵+ 重混凝土 屏蔽體,公用和維護系統。

  CSNS的靶體材料選用固體鎢靶,冷卻劑為重水,靶體容器由在核工業廣泛應用的耐輻照及腐蝕的核級316不銹鋼加工而成。低溫液氫耦合慢化器和常溫水慢化器分別位于靶體的正下方和正上方。CSNS靶站系統能安全可靠地接受100kW、1.6GeV的質子束流,并把部分質子束流能量轉化為短脈沖、高脈沖通量的慢化中子(<1 eV)。產生的脈沖中子通過水 (300K), 耦合液氫(20K),退耦合液氫(20k)等三個慢化器慢化后通過中子束道及束道開關分配到中子散射譜儀端。

   

  CSNS靶站共有20個中子孔道,其中一期規劃有通用粉末衍射儀、小角散射儀和多功能反射儀三臺譜儀;下一步正在積極爭取國家材料專項支持建設的材料測試平臺,也希望用戶單位能積極推動譜儀的建設。工程計劃2017年9月出第一束試驗束,2017年9月至2018年03月實現試運行及工程驗收。

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