中子应力谱仪常用聚焦单色器的模拟与比较

用蒙特卡罗中子射线追踪程序McStas对中子衍射应力谱仪单色器部件进行模拟优化:以Cu(220)比较了单色器起飞角和准直系统对样品处中子注量率、分辨率的影响;计算得到给定条件下单色器最佳单晶条数和镶嵌度;单晶条倾角精度建议好于0.1°;计算了Cu(222)、(220)和(002)在不同起飞角情况下获得的中子注量率;相同条件下,Cu和Ge常用晶体单色器中以Cu(220)获得的中子注量率最大,而Cu(222)获得的波长分辨率最佳。     

晶体弧矢弯曲鞍型变形抑制技术的研究

为了降低同步辐射弧矢聚焦单色器第二晶体弯曲过程中鞍型变形对衍射性能的影响,本文重点讨论背面加肋、黄金比例和等分变形槽三种鞍型形变的抑制技术,通过模拟计算、参数优化、试件制作和离线测量,从理论和实验两方面分析比较它们抑制效果。选择黄金比例γ=1.42弯曲模型为NSRL-XAFS光束线弧矢聚焦晶体单色器的改造升级方案。     

BSRF高灵敏度衍射增强成像系统搭建

作为一种重要的相位衬度成像方法,衍射增强成像(Diffraction Enhanced Imaging,DEI)是利用晶体的角度选择特性探测样品引起的X射线角度变化来获得样品衬度图像。晶体摇摆曲线是衍射增强成像装置的重要特征,理论上晶体的摇摆曲线越窄,则衍射增强成像灵敏度越高,所获得的图像衬度也会越好。在北京同步辐射装置(Beijing Synchrotron Radiation Facility,BSRF)4W1A成像实验站现有Si(111)晶体DEI装置的基础上,通过选用高精度转台并对晶体采取减少加工应力残余和降低安装夹持应力的措施,设计研制了基于Si(400)和Si(333)晶体的高灵敏度DEI实验装置,并利用标准样品和实际生物样品进行了实验验证。系统摇摆曲线测试及成像结果表明,所研制的成像装置可以开展二维和三维成像实验且具有更高的成像灵敏度。     

基于LaBr3(Ce)晶体耦合SiPM阵列的可变角分辨率伽玛相机的设计与研制

编码孔径成像技术由于探测效率高、信噪比高、角分辨率好、成像质量稳定可靠等优点而广泛应用于核安全、核设施的去污及退役的测量、核医学等领域。建立通过改变编码准直器和探测器之间距离进而实现可变角分辨的伽玛成像系统。整个成像系统主要由编码准直器、位置灵敏探测(position sensitive detector, PSD)、数据采集卡以及图像重建系统组成。该成像系统的编码准直器采用修正均匀冗余阵列(modified uniformly redundant array, MURA)编码方式,为了保障对较高能量射线的探测能力,编码准直器的材料采用含钨量90%的钨铜合金,PSD通过LaBr₃(Ce)晶体耦合SiPM阵列组成,重建算法采用的是直接互卷积算法,快速高效。测试结果显示,整个位置灵敏探测器的平均能量分辨率为4.96%(662 keV);该辐射成像系统可以准确地对Am-241、Cs-137、Co-60进行清晰成像,并通过改变编码准直器和探测器之间的距离成功分辨出两个Cs-137点源的位置。     

冷中子三轴谱仪的整体配置和主要部件的参数设计

从冷中子导管系统的实际情况出发,以程序模拟为主要手段,通过计算和分析得到最重要的设计参数：可用中子波长范围、样品处束流强度和能量分辨率。在这些参数的基础上,结合实际给出了谱仪的整体配置以及主要部件的部分参数,如能量和动量转移范围、单色器和分析器的起飞角范围和嵌镶角、样品台散射角、准直器的准直度及本底和剂量要求等。     

反应堆上应力测量谱仪的优化设计

主要是针对稳态堆上专门做应力测量的两轴谱仪优化设计的研究。首先介绍了研究布拉格峰的宽度和强度的公式;讨论了两种不同情况下-放置在中子导管上和束导管上的应力谱仪,对于给定的分辨率,如何选择准直器的发散度和单色器的镶嵌角。     

Si(111)晶体峰值衍射效率的测量

提出了一种利用同步辐射光源测量晶体衍射效率的实验方法,通过对Si(111)标样衍射效率理论数据的分析与修正,验证了此方法的合理性和可靠性.指出光源的发散度与晶体的衍射效率密切相关.     

粉末中子衍射谱仪改造升级

101重水研究反应堆旁的粉末中子衍射仪是利用粉末衍射测定晶体结构和磁结构的专用设备（图1），它的主要部件包括：准直器系统、晶体单色器、样品台和中子探测器，及相关的电子学系统。谱仪性能取决于它的分辨率和计数强度，两者相互制约。     

基于柔性铰链的压弯模型研究

将柔性铰链技术应用于弧矢聚焦晶体单色器中的聚焦研究,在对柔性铰链结构参数研究的基础上,建立起了基于柔性铰链的压弯驱动装置行程与压弯动态半径之间的数学模型,分析了影响压弯半径分辨率的主要因素,并且将这种压弯模型成功应用在上海同步辐射装置(Shanghai Synchrotron Radiation Facilty,SSRF)弧矢聚焦晶体单色器研制项目中.检测结果表明,依据这种压弯模型能够实现弧矢聚焦功能,并达到聚焦光斑性能指标.     

高能劳厄单色器晶体压弯性能的研究

上海光源二期工程拟建的超硬多功能线站将采用一台弧矢聚焦高能劳厄单色器,晶体压弯机构是单色器的核心部件,晶体弧矢半径与子午半径的优化对单色器的光通量和分辨率有很大影响。本文利用有限元软件分析了影响劳厄晶体压弯性能的主要因素——斜切晶体的各向异性以及晶体的长宽比。通过分析,确定了硅晶体切割边为[011]方向和[0-11]方向,晶体的优化尺寸为90 mm×40 mm×1 mm。硅晶体表面的弧矢和子午面形误差(均方根)分别为3.02μrad和1.25μrad,满足设计要求。     

常波长超小角中子散射谱仪设计

为探索常波长模式的超小角中子散射（USANS）谱仪技术,在广泛调研的基础上对USANS谱仪作原理设计,用Simres、NOP程序以及解析方法,进行了单色器/分析器的切槽单晶设计,谱仪前置单色器设计,并计算了谱仪最小Q分辨。结果表明,达尔文平台宽度影响谱仪的最小Q分辨,设计选取的Si单晶几个晶面的角度分辨足可使USANS系统的最小Q分辨达10^-5量级,在单色化的中子导管后端,USANS谱仪使用垂直聚焦单色器并不明显增加样品台注量率,为简化单色器结构及其加工,建议对单色化中子后端的USANS谱仪采用非聚焦前置单色器。     

双晶单色仪第一晶体初安装姿态误差分析

双晶单色仪是同步辐射光束线中关键的光学部件,第一晶体的初安装姿态误差对双晶单色仪出射光方向影响复杂.通过建立同步辐射在第一晶体晶面上衍射的空间模型,得到了第一晶体的初安装姿态误差对出射光方向的影响关系式,并通过测定不同Bragg角时在荧光靶上的光斑的位置,得到确定第一晶体初安装投角、滚角、摆角误差的方法,可为第一晶体姿态调节装置提供数据.     

双晶单色器水冷晶体的设计加工

简要介绍了弧矢聚焦双晶单色器的作用及结构原理,根据设计指标确定了水冷晶体衍射面及外形尺寸,分析了高热负载下水冷晶体的热变形,根据国外经验采用直接水冷却法进行高热负载的热缓释,设计了用于直接水冷却的刻槽晶体及冷却结构,根据设计完成了晶体的材料选择、定向切割、冷却水槽的刻制等加工工艺,最终完成了适用于弧矢聚焦双晶单色器的直接水冷分光晶体的加工,该晶体能承受大于0．5W/mm^2的热负载。     

中子Soller准直器摇动曲线的蒙特卡罗模拟和分析

中子Soller准直器是中子散射谱仪一种常用部件，主要用于限制中子束流的发散度，提高中子谱仪的分辨率。准直器的准直角是描述其性能的一项重要技术指标，通过摇动曲线的实验测量获得。本文基于实验测量需求和方法，利用中子射线追踪模拟蒙特卡罗程序McStas对中子Soller准直器摇动曲线实验测量过程进行了蒙特卡罗模拟计算，并对计算结果进行实验对比和解析分析。分析结果表明，模拟计算、实验数据和理论解析三者符合较好，验证了模拟方法的可行性。通过多方法结合来研究摇动曲线，可提高测量分析结果的可靠性，类似的方法也可扩展应用于其他中子光学部件的测试分析。     

变形晶体X射线分光性能的数值模拟

通过有限元软件计算同步辐射晶体单色器分光晶体的变形,确定晶体倒格矢的改变量,按变形晶体光学理论预测变形晶体的Darwin宽度,建立一套预测直接水冷却晶体单色器分光性能的方法。算得直接水冷晶体子午方向Darwin宽度展宽为4.12μrad,与采用晶体表面变形倾斜误差计算值(3.89μrad)相比更接近实验值(5.0μrad)。     

Cooling of double crystal monochromator with sagittal focus at SSRF

In SSRF, the design of 1st crystal cooling geometry of double crystal monochromator with sagittal focus is mainly reported by China. Our simulation indicates that the broadening of the full width at half maximum of the rocking curve of the double crystal monochromator induced by the heat load is about 3.7 μrad, and is in agreement with the experimental value of 5 μrad. Our scheme showed that the photon flux is reliably linear with electron current of the storage ring, which is extracted from the monochromator.     

基于分析晶体成像投影偏移研究

投影偏移将严重影响基于分析晶体成像系统的信息提取精度和图像质量。从基于分析晶体成像系统的原理出发，建立了光路模型，分析了产生投影偏移的主要原因，计算机模拟研究了投影偏移对折射角信息提取的影响。结果表明，投影偏移主要由分析晶体本征摇摆曲线宽度和折射角所产生。本征摇摆曲线宽度将导致相邻像素之间的射线随分析晶体的摇摆相互偏移，当样品未被射线完全覆盖时，边界像素的摇摆曲线将出现形变，虚像素将出现计数并形成畸形摇摆曲线。折射角引起的投影偏移将使摇摆曲线形状和高度发生改变，随折射角增大，出现像素错位，其影响折射角信息提取的正确性。本征摇摆曲线宽度和折射角共同产生投影偏移并影响折射角信息的提取。     

On the design of a monolithic 4-bounce high resolution X-ray monochromator

A monolithic monochromator (+n, −n, −m, +m) made of a single block of Ge crystal designed for CoK_α1 radiation was developed and tested numerically and experimentally by means of X-ray diffraction. The advantage of monolithic devices is their mechanical stability and the alignment of such optics is much easier than with polylithic optics, but the development of these devices is rather demanding. The presented monochromator belongs to a group of coplanar in-line devices, which means that the input beam is parallel with the output beam. For the estimation of the spectral and angular properties of a diffracted beam of this monochromator (such as bandpass width, output divergence and input acceptance) we used a numerical approach which we call spectral-angular function. It takes into account both the vertical and the horizontal divergence of the input radiation and uses two-beam X-ray dynamical theory of diffraction. Experimentally, the monochromator was tested by means of X-ray diffraction (synchrotron radiation testing) and the results from this characterization are presented. The influence of the vertical divergence on the spectral distribution of the diffracted beam is discussed and compared with previously published analytical results.     

闪烁体耦合SiPM测量γ能谱的模拟研究

硅光电倍增管(Silicon photomultiplier,SiPM)是一种新型的光电探测器件,由工作在盖革模式下的雪崩二极管阵列组成。利用GEANT4蒙特卡罗软件包对LaBr_3:10%Ce~(3+)、Na I(TI)闪烁晶体耦合SiPM测量γ射线能谱进行了细致的模拟,通过单色光LED光源照射SiPM,得到SiPM自身暗电流噪声经电子学放大后,与集成的盖革雪崩二极管之间的间隙引起吸收光子涨落对能谱的展宽。对模拟得到的662 keVγ射线能量分辨率进行修正,最后与实验结果对比能够很好地符合,还得到了一组对应闪烁晶体本征能量分辨率的程序参数Pr,s。结果验证了模拟程序设置的闪烁晶体与封装材料光学参数的合理性与可靠性,为闪烁体探测器设计提供了一套开发工具。