测量冷中子源增益的方法

摘要

本公开属于中子散射技术领域，具体涉及测量冷中子源增益的方法。该方法包括以下步骤：1)选择适合的谱仪条件；2)开启冷中子源，探测冷中子注量；3)冷中子源开启状态下的本底测量；4)关闭冷中子源，探测冷中子注量；5)冷中子源关闭状态下的本底测量；6)冷中子源开闭前后的中子计数对比及分析。该方法能够快速、简便且尽量不增加空间需求的测量冷中子源增益的方法。

说明书

技术领域

本公开属于中子散射技术领域，具体涉及测量冷中子源增益的方法。

背景技术

冷中子由于波长及能量低的特点，使得非常适合探测纳米材料、生物大分子、聚合物以及先进合金等物质内部的结构。小角中子散射谱仪是近年来利用冷中子源进行工作的典型谱仪之一，通常安装在冷源后引出导管的末端。该谱仪的使用的中子波长范围为0.1～2nm，在各个研究堆都安装有1～3台。小角中子散射谱仪主要由速度选择器(不同转速可选出不同波长中子)，准直系统(设定仪器运行光路)，样品台，探测系统(包括探测中子的二维位置探测器和设定仪器运行光路的腔体)构成。

反应堆内安装冷中子源，能有效提高冷中子注量率，为小角中子散射谱仪提供更亮的中子源。在利用小角中子散射谱仪对材料研究之前，需要研究和了解冷中子源增益情况，即冷源运行后和运行之前冷中子注量率的比值。

冷源增益的测量通常用飞行时间方法来得到。但是利用飞行时间法测量所需的设备复杂、时间成本高、占用空间大且对技术人员要求高。尤其是在反应堆导管大厅内部空间有限的情况下，可用于测量的空间非常有限，同时由于操作复杂，在有限的实验时间里，完成准确测量困难太大。因此需要寻求一种能够快速、简便得到冷中子源增益情况的方法。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种能够快速、简便且尽量不增加空间需求的测量冷中子源增益的方法。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：

测量冷中子源增益的方法，关键在于，该方法是利用小角中子散射谱仪测量，该方法包括以下步骤：

1)选择适合的谱仪条件

通过调整速度选择器的转速，选择可被小角中子散射谱仪探测系统探测的某一波长的中子；

2)开启冷中子源，探测冷中子计数

开启冷中子源，启动小角中子散射谱仪的二维位置探测器探测冷中子计数，测量3～5次后，取其平均值；

3)冷中子源开启状态下的本底测量

保持与步骤(2)的所用的小角中子散射谱仪的参数、测量时间及冷中子源条件不变，在样品台前设置挡束板，测量冷中子源开启状态下的中子计数本底；

4)关闭冷中子源，探测冷中子计数

保持与步骤(2)的所用的小角中子散射谱仪的参数及测量时间不变，关闭冷中子源，探测冷中子计数，测量3～5次后，取其平均值；；

5)冷中子源关闭状态下的本底测量

保持与步骤(4)的所用的小角中子散射谱仪的参数、测量时间不变及冷中子源条件不变，在样品台前设置挡束板，探测冷中子计数本底；

6)冷中子源开闭前后的中子计数对比及分析

将步骤(2)得到的中子计数减去步骤(3)得到的中子计数本底，并取其平均，计为A₁；将步骤(4)得到的中子计数减去步骤(5)得到的中子计数本底，并取其平均，计为A₂；

将A₁、A₂转换为中子注量率，根据两者中子注量率的比值可计算出冷中子源增益，同时也可根据步骤(2)得到的中子计数判断冷中子束流的稳定性；

优选地，步骤(1)所述的波长为0.5～1.0nm。

优选地，步骤(2)中中子计数探测的时间为8～30分钟。

优选地，可选择其他波长的中子按照步骤(1)～(6)的步骤进行冷中子源增益测量，从而获得所测波长范围内的冷中子增益图。

优选地，步骤(1)～(6)所述的冷中子源为氘源。

优选地，所述挡束板为厚度为5mm的镉片。

(三)有益效果

本申请巧妙地利用了小角中子散射谱仪测量冷中子源增益，将冷中子源增益测量与后端利用该谱仪探测物质结构两种功能合二为一，利用了小角中子散射谱仪本身的屏蔽材料和设备，解决了中子散射技术领域一直利用飞行时间法测量冷中子源增益带来的空间需求大、测量时间长(单纯调试需要的时间都为1天以上)且操作难度大等问题。该方法测量冷中子源增益所需时间成本小，约30分钟左右就可以完成一个波长下的冷中子源增益测量。

该方法打破了先用飞行时间法测量冷中子源增益，再用小角中子散射谱仪测量的常规操作，巧妙地利用了小角中子散射谱仪有速度选择器可以选择波长测试这一特性，所以非常适用于快速测量冷中子源增益。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明做进一步阐述。

实施例1

测量冷中子源增益的方法，该方法是利用小角中子散射谱仪测量，该方法包括以下步骤：

1)选择适合的谱仪条件

通过调整速度选择器的转速为4500转/分，选择可被小角中子散射谱仪探测系统探测的某一波长，本实施例中中子波长是0.6nm，此波长对冷中子源增益敏感，中子强度适中。依据目前小角中子散射谱仪的状态，选择一个合适的构型。采用目前对二维位置灵敏探测器最安全的构型，即整个直接束可以被直径为10厘米直径束流阻挡器基本阻挡，以确保不烧坏探测器，所以采用的构型是准直距离10米，面探也在距样品台10米位置。源光阑直径为5厘米，样品光阑直径为1.25厘米。依据谱仪不同，也可选择其他构型，只要不损坏探测器即可。

2)开启冷中子源，探测冷中子计数

开启冷中子源，所用冷中子源为液氘，启动小角中子散射谱仪的二维位置探测器探测冷中子计数，测量3～5次后，取其平均值；反应堆的堆功率为10MW,测量时间10分钟，如果通量较高，可适当减少测量时间。

3)冷中子源开启状态下的本底测量

保持与步骤(2)的所用的小角中子散射谱仪的参数、测量时间及冷中子源条件不变，在样品台前设置挡束板，测量冷中子源开启状态下的中子计数本底；

4)关闭冷中子源，探测冷中子计数

保持与步骤(2)的所用的小角中子散射谱仪的参数及测量时间不变，关闭冷中子源(本实施例中液氘随着温度的升高而气化即视为关闭冷中子源)，探测冷中子计数，测量3～5次后，取其平均值；；

5)冷中子源关闭状态下的本底测量

保持与步骤(4)的所用的小角中子散射谱仪的参数、测量时间不变及冷中子源条件不变，在样品台前设置挡束板，探测冷中子计数本底；

6)冷中子源开闭前后的中子计数对比及分析

将步骤(2)得到的中子计数减去步骤(3)得到的中子计数本底，并取其平均，计为A₁；将步骤(4)得到的中子计数减去步骤(5)得到的中子计数本底，并取其平均，计为A₂；

将A₁、A₂转换为中子注量率，根据两者中子注量率的比值可计算出冷中子源增益，本实施例中冷中子源增益为15倍；同时也可根据步骤(2)得到的中子计数判断冷中子束流的稳定性；

该方法打破了先用飞行时间法测量冷中子源增益，再用小角中子散射谱仪测量的常规操作，测量时间短且操作方便。

实施例2

与实施例1不同的是，速度选择器的转速为6000转/分，中子波长是0.45nm速度反应堆的堆功率为5Mw，测量时间为20分钟。

实施例3

与实施例1不同的是，所述冷中子源为氘源(因为液氢源已很少，不举该例子了)，速度选择器的转速为3000转/分，中子波长是0.88nm速度反应堆的堆功率为10Mw，测量时间为30分钟。

实施例4

与实施例1不同的是，速度选择器的转速为4500转/分，中子波长是0.6nm速度反应堆的堆功率为30Mw，测量时间为5分钟。