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)的概念设计和预制研究历时8年,由中国科学院主持,高能物理研究所和物理研究所的百余名科技人员参加了此项工作,并得到了中国科学院和广东省东莞市的专项预研经费、国家自然科学基金、国家973项目的经费支持。

  束流功率为100kW的中國散裂中子源(CSNS)将成为发展中国家拥有的第一台散裂中子源,并进入世界四大散裂中子源行列,将为国内外科学家提供世界一流的中子科学综合实验装置,其科 学寿命超过30年。它与我国正在建设的具有国际先进水平的中國先進研究堆(CARR)将形成互补的局面,共同为我国中子散射用户提供全方位的创新研究服务。

  CSNS裝置建設的主要內容包括:一台80MeV負氫離子直線加速器、一台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台譜儀及相應的配套設施。

   

  CSNS的总体设计指标为:打靶质子束流功率100kW,脉冲重复频率25Hz,每脉冲质子数1.56×1013 (平均流强62.5μA),质子束动能1.6GeV,最高通量每质子、每单位立体角弧度5×10-3。厂房、隧道和靶站的建设已经考虑到一期80MeV,100KW的负氢直线加速器将来升级到二期250MeV,500KW的情况。参照国际同类装置的建造及运行经验,CSNS工程竣工的验收标准为所建装置具备所有达到100kW打靶束流功率设计指标所需的设备,并通过初始性能验收测试。验收测试的指标为脉冲质子数达到设计指标的1/10(即1.56×1012),每质子、每单位立体角弧度的中子通量达到设计指标;谱仪验收指标为谱仪探测器中子探测效率大于50%,空间分辨达到2.54×2.54cm2(高通量粉末衍射仪)和0.8×1.0cm2(小角衍射仪,多功能反射仪),时间分辨低于5μs。

  靶站体系包括钨靶,三个中子慢化器(耦合氢慢化器容器、退耦合窄化氢慢化器、退耦合水慢化器容器), 铁铍反射体,铁+ 重混凝土 屏蔽体,公用和维护系统。

  CSNS的靶體材料選用固體鎢靶,冷卻劑爲重水,靶体容器由在核工业广泛应用的耐辐照及腐蚀的核级316不锈钢加工而成。低温液氢耦合慢化器和常温水慢化器分别位于靶体的正下方和正上方。CSNS靶站系统能安全可靠地接受100kW、1.6GeV的质子束流,并把部分质子束流能量转化为短脉冲、高脉冲通量的慢化中子(<1 eV)。产生的脉冲中子通过水 (300K), 耦合液氢(20K),退耦合液氢(20k)等三个慢化器慢化后通过中子束道及束道开关分配到中子散射谱仪端。

   

  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台譜儀;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台,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。