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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我國首台中子織構譜儀實現工業應用
 

  1217,我國首台中子織構譜儀——中子織構衍射儀在我院成功完成了我國自主研發的锆合金以及變壓器用矽鋼織構測量,測量結果證明:該台譜儀能夠解決當前工程建設中面臨的諸多實際問題,首次實現了中子散射技術在工業生産中的應用。 

  據中子散射研究室的織構譜儀負責人李眉娟博士介紹:我院的中子織構衍射儀主要性能指標--樣品處中子通量位居國際同類譜儀前三,比對實驗結果表明,我國織構衍射儀的實驗數據質量達到國際先進水平,如圖1所示。國際著名的中子織構衍射儀專家-德國的布羅克邁爾教授就國內首台中子織構衍射儀測量的織構實驗數據,評價稱“這是一個高質量的數據,測量結果非常振奮人心”。目前CARR堆織構譜儀已經在國內的核工業領域開展了锆合金織構測量,工業用變壓器矽鋼材料、鎂鋁複合材料等的織構測量分析,國內用戶對CARR中子織構衍射儀的測量結果給出了高度評價。 

                                        

                            1 國際上不同織構衍射儀測得的锆-4合金织构极圖 

                                         (上圖:中国;中圖:美国;下圖:澳大利亚)  

   中子織構衍射儀是一台超級“顯微鏡”,可以描寫多晶材料在制備、加工及服役等過程中晶粒在某些方向形成的擇優排列程度,它可開展模擬實際工況下的織構測量,研究服役性能,爲材料的服役性能及高性能材料的研發提供實驗依據。經過中子織構衍射儀的准確測量,可以知道材料的織構情況,進而通過不同工藝對織構進行調整控制,從而要得到所需要的性能,進一步挖掘材料的潛力,這無論是對于已有的或者新型的材料都非常必要。可以應用于和我們日常生活息息相關的口杯、臉盆、易拉罐等筒形物品制造材料的研制,以及汽車的外殼鋼板等各種工業領域材料的研究。 

   國外自上世紀五十年代起,已逐漸將中子衍射技術應用到各種工業、航空航天、考古及地質等領域材料的織構研究中,幫助解決了許多實際領域的重大問題。我國以前沒有中子織構測試平台,這種情況在一定程度上制約了很多重要材料國産化的進程。20128月,我國首台中子織構譜儀在原子能院建成,原子能院中子織構研究小組自主設計和研制了譜儀的關鍵部件,研發了中子織構自動化測控軟件。 

  國內首台中子織構衍射儀的成功建造並投入使用,爲國內材料織構的研究提供了一個全新的實驗手段,並且開辟了一個重要的研究領域。這台譜儀也爲我國工業、軍用、航空航天及其它材料研究和民用領域等國家重大需求提供了先進的測量方法和實驗支撐手段,對今後材料的合理、充分使用以及軍用和民用新材料的開發具有重大應用價值。 

     中國先進研究堆CARR

  中國先進研究堆(CARR)位于中国原子能科学研究院内,工程建筑面积约18000m2,占地面积约2.3公顷,是由反应堆及其相关辅助系统和实验设施组成的大型核科学工程,中国原子能科学研究院负责该工程的设计、建造和营运。从堆型选择到反应堆主工艺设计和调试,全部由中国原子能科学研究院承担。厂房及辅助工艺由核工业第四研究设计院设计,土建和安装由核工业二四建设公司、二三建设公司承担。反应堆主要设备的研制,是由CARR工程部组织国内相关厂家共同技术攻关完成。

  CARR無論從中子注量率水平还是研究堆的品质因子看,在國際上处于前7名位置。亚洲的主要研究堆中,CARR的中子注量水平是最高的。CARR采用紧缩堆芯反中子阱型核设计概念和使用UxSix-Al弥散型新型燃料元件, 最后选定堆型为稍加压轻水冷却和慢化、重水反射的反中子阱型池内桶式结构(圖l);主要设计参数见表1。

  CARR堆功率60MW,其堆型对于获得中子能谱的空间分离,在重水反射层中获得较高的热中子注量率水平以及大的中子可利用空间等方面独具特色。考 虑到当今研究堆燃料低浓化的要求,CARR选用235U富集度为20%、芯体含铀密度为4.3克/立方厘米的U3Si2-Al弥散体作燃料芯体, 铝作包壳的平板型燃料组件。在重水反射层内最大热中子注童率能达到,品質因子()能達的水平, 已属世界研究堆参数的先进行列。 

  CARR堆于2012年3月13日完成滿功率穩定運行72小時,2012年8月21日至25日,CARR堆中子散射科學平台“一期”7台譜儀成功完成帶束熱調試。

   

  如圖,高压粉末谱仪,原子能院自主设计建造的高分辨粉末谱仪,残余应力谱仪,与德国合作的织构、四圆和三轴谱仪,与中科院化学所合作的反射和小角谱仪已经建成。中子照相谱仪,与中科院物理所合作的三轴谱仪,冷中子三轴谱仪和广谱谱仪已经得到国家的项目支持,正在建设中。其他几台谱仪目前正在规划建设中。