中国散裂中子源通用粉末衍射仪准直器腔体设计

准直器作为降低谱仪本底的关键设备,在中国散裂中子源谱仪建设中非常重要。本文选用7A09铝合金作为窗体材料对准直器腔体进行真空密封;综合考虑中子透过率及窗体机械性能的要求,参考中子飞行轨道的几何约束,利用有限元模拟和解析计算相互验证的方法给出了放射状粗糙准直器的密封窗口结构。对准直器腔体同样采用有限元模拟和解析计算两种方法进行设计,给出了真空条件下的设计结果。     

用于单粒子效应辐照实验的CYCIAE-100白光中子源研究

中子诱发单粒子效应会影响航空飞行器和地面核设施用电子器件的可靠性。基于质子加速器打靶产生的白光中子束是研究电子器件中子单粒子效应的重要中子源。通过开展辐照实验获取器件中子单粒子效应截面或阈值等信息，能够预测器件在中子辐射环境中的失效率，并为有针对性抗辐射加固提供数据支撑。中国原子能科学研究院100 MeV质子回旋加速器(CYCIAE-100)通过质子轰击W靶发生散裂反应可以产生具有连续能量的白光中子。本文基于核反应理论，采用蒙特卡罗方法模拟了100 MeV质子与W靶相互作用产生的中子的产额、能谱和角分布，模拟结果表明，平均1个100 MeV质子可以产生0.33个中子；中子能量范围为0～100 MeV,且随着能量的增加中子注量先增加后减小，峰值在1 MeV附近；沿质子束方向中子角分布具有轴对称性，且随着出射角的增加，中子注量先减小后增加，在90°时，中子注量最小。选取0°出射方向的中子束开展单粒子效应实验，采用基于双液闪探测器的中子飞行时间法测量白光中子能谱，获得了能量范围为3～100 MeV的中子能谱，且当质子束为100 MeV/1μA时，在距离W靶15 m处的中子注量率为3.3×10...     

D-T中子源快中子照相准直屏蔽系统设计

减少散射中子对成像质量的影响是快中子照相的关键技术之一。本文采用MCNP程序完成了D-T中子源快中子照相准直屏蔽系统的设计,该设计具有很好的中子散射屏蔽效果,能够将实验室墙壁的散射中子数量降低一个量级,大大减少了成像的对比度失真;同时,能够增加约20%的中子源强,提高了成像速度。     

中国第一台高性能白光中子源——CSNS反角白光中子源及其应用

基于中国散裂中子源（CSNS）建设的我国第一台高性能白光中子源--反角白光中子源（Back-n）是国际上综合性能最好的白光中子源之一，能区范围覆盖meV～百MeV，飞行时间测量分辨率可在全能区达到1%以内，中子注量率国际领先。自2018年3月建成以来，Back-n已开展了一系列的核数据测量实验、探测器标定实验、中子辐射效应实验和中子照相研究，科研产出效率非常高，实验数据质量达到了研究要求，为我国多领域的科学研究和应用研究提供了一个强大的平台。本文对该白光中子源的性能特点、已投入运行和规划中的核数据测量实验谱仪进行了综述，并指出了主要应用方向。     

70MeV质子加速器产生的白光中子源强度和能谱的计算

用７０ＭｅＶ质子束轰击厚靶可产生白光中子源。选用金属钨作厚靶材料，应用适用于几十ＭｅＶ能区的核反应模型程序计算了中子能谱和角分布。结果表明：７０ｍｅＶ质子束在钨厚靶中终止前有４．６％的质子发生了反应，２００μＡ的７０ＭｅＶ质子束流产生的中子总强度为１．０１×１０１４Ｓ－１，中子平均能量为４．２ＭｅＶ，１０ＭｅＶ以上的中子强度为１．１５×１０１３Ｓ－１，高能中子主要在朝前的小角度区发射。     

TMSR白光中子源能量分辨率函数的模拟研究

白光中子源及飞行时间谱仪的能量分辨率函数描述了谱仪装置测量中子能量的分辨率与所测中子的能量之间的函数关系。能量分辨率函数用于中子共振截面测量实验数据分析，对确定共振峰参数至关重要。本工作利用Geant4蒙特卡罗工具包构建了TMSR白光中子源的中子产生靶系统模型，模拟了中子在靶系统内由产生到溢出靶系统的整个物理过程，获得了不同能群中子从产生到溢出的时间分布。基于RPI能量分辨率函数形式，对时间分布进行拟合分析，获得了一套合适的参数，用于确定TMSR白光中子源飞行时间谱仪的中子能量分辨率函数。     

14 MeV快中子照相准直屏蔽系统的设计与优化

基于强流氘氚中子源科学装置HINEG设计了一套快中子照相准直屏蔽系统。采用中子输运设计与安全评价软件系统SuperMC和ENDF/B-Ⅶ.0数据库计算了准直中子束的中子能谱及注量率、γ射线能谱及注量率、直射中子注量率与γ射线注量率比值（φ_d/φ_γ）、直射与散射中子注量率比值（φ_d/φ_s）、准直束中子注量率的不均匀度等特性参数，并采用MCNP5程序进行了对比验证。研究了准直屏蔽系统的内衬材料、尺寸等对特性参数的影响规律，并通过优化获取了最优设计方案。计算结果显示，在同等计算条件下，SuperMC计算结果与MCNP计算结果相对偏差小于1%，准直屏蔽系统的φ_d/φ_γ为50.1，φ_d/φ_s为5.7，在Φ30 cm视野范围内的中子注量率为4.80×10⁷ cm^-2•s^-1，其中直射中子注量率为4.09×10⁷ cm^-2•s^-1，中子注量率不均匀度为5.8%，满足快中子照相对准直束特性参数的要求。     

光中子源的优化设计

文章研究了基于9MeV电子加速器的光中子源的优化设计问题,提出了使X射线最有效地转换为中子的光中子转换靶的最优形状。利用蒙卡程序MCNP5设计了体积为20L的重水光中子转换靶,当加速器的平均电流为100μA时,中子产额可达2.3×10^11n／s。通过增加特定形状的石墨反射层使更多的中子向前发射,正前方10m处中子注量率可达8.55×10^4n／（cm^2·s）。文中还计算了出射中子的能谱、空间分布和时间特性。     

压水堆二次中子源替代一次中子源的初步可行性分析

在反应堆一次中子源供应存在风险的背景下，为分析压水堆二次中子源替代一次中子源的可行性，计算了二次中子源在运行机组辐照一个循环后的中子源强，并基于某新建CPR1000反应堆首循环堆芯参数及装料顺序，计算装料过程中堆内外各中子探测器的计数率。结果表明，二次中子源在结束辐照后的4个半衰期（约240 d）内用于替代CPR1000反应堆首循环一次中子源可满足技术规范对中子探测器计数率的要求，证明压水堆二次中子源替代一次中子源具有一定可行性。      

基于白光中子源的169Tm辐射俘获截面测量和共振参数分析

中子辐射俘获截面及共振参数在核工程设计、核天体物理等研究领域中有重要的应用价值。在中国散裂中子源（CSNS）反角白光中子束线（Back n）上,使用C6D6测量系统开展了169Tm辐射俘获反应测量。通过脉冲高度权重技术、共振吸收法和饱和归一法得到169Tm辐射俘获反应的产额。利用SAMMY程序拟合169Tm的产额数据,得到169Tm在1~100 eV能量区间的共振能量、中子宽度、辐射俘获宽度等共振参数。使用实验测得的共振参数和Reich Moore近似计算了169Tm在1~100 eV能量区间的辐射俘获截面。实验测量结果与ENDF/B Ⅷ.0数据库的推荐值总体符合较好,部分共振参数和截面存在一定的差异。产生这些差异的原因与Back n的源中子能谱结构、能量分辨率、实验本底的精度有关。     

中子反射谱仪的闸门与直导管组合设计

为减少中子注量的损失,中子反射谱仪的设计通常需要采用中子导管来传输,最前端为中子束流闸门。论文采用Mcstas模拟计算软件,分别针对闸门通道内表面是否为吸收材料,采用多种组合设计模型进行了模拟计算。结果表明:闸门内表面选用超镜材料对闸门与直导管的组合传输性能有较大的提高,并且发散度增大不明显,这对于分辨率要求不是特别高,位于中子反射谱仪最前端的部件设计是非常有利的。经过多组比较分析,针对水平发散度要求较高的水平散射几何中子反射谱仪的前端组合设计,闸门内表面最好选择因子m=1.5或m=2的超镜,而不是吸收材料。计算给出了不同组合的模拟结果,结果可为相关中子反射谱仪闸门与前端直导管的组合设计提供理论参考。     

基于加速器的硼中子俘获治疗装置束流整形体的设计及其临床参数研究

在硼中子俘获治疗（BNCT）中,束流整形体是BNCT装置产生高品质中子束的关键部件之一,其设计至关重要。本文基于25 MeV质子打锂靶产生中子的过程,对加速器驱动的BNCT中子源的束流整形体进行了可行性方案设计,研究了慢化体厚度差异对出口束流品质、头部模型中的剂量分布和临床参数等方面的影响。研究表明,可行性方案设计在30 mA质子束流驱动下,可达到IAEA对束流品质的要求;在本文3种慢化体厚度设计下,随着慢化体厚度的增加,出口超热中子束流强度减小,快中子份额减小,进一步导致优势深度变浅,正常组织最大剂量率减小,治疗时间变长。     

Shielding calculation for the thickness of the SR facility safety shutter

The safety shutter of the SR （synchrotron radiation） facility located at the front end of the facility is an indispensable component for radiation protection. Its thickness is decided by the gas bremsstrahlung produced in the SR facility storage ring by the interaction of electrons with the residual gas molecules in the vacuum chamber of the storage ring. In the calculation, the 3.5GeV, 300mA electron beam and a 15 m long insertion-device straight section （0.133 μPa） were taken into account, and the safety shutter was assumed to be located 12 m away from the end of the straight section. The EGSnrc code based on the Monte-Carlo method and empirical formulas were used, respectively, to calculate the thickness to satisfy the shielding requirement of the safety shutter at the front end of the SR facility, and the results were compared and the availability of EGSrlrc was proved.     

AB-BNCT中子靶物理设计分析

质子加速器适用于为硼中子俘获治疗提供中子源，其中子源强及能谱较反应堆中子源更具可调性。中子靶物理计算分析是加速器中子源设计的基础，为其提供粒子能量、流强等参数需求分析，并为靶体结构尺寸设计、中子慢化和屏蔽分析等提供前端参数。本文利用MCNPX蒙特卡罗程序，通过对质子打靶的中子产额和能谱、靶体能量沉积、打靶后靶材放射性活度和中子出射空间角分布等进行研究，提出能量2.5 MeV质子轰击100～200 μm锂靶的设计，并用模拟计算数据论证其合理性。该设计中子源在1 mA流强质子轰击下，源强可达9.74×10¹¹ s^-1；拟设计15 mA、2.5 MeV质子束产生的中子源，在治疗过程中靶材放射性活度累积最大值约为1.44×10¹³ Bq。     

小型D-D中子发生器氘靶的热流固耦合分析

靶温对小型D-D中子发生器的使用寿命有重要影响,在假设束斑功率密度分布为高斯分布的前提下,使用ANSYS14.0软件对设计的小型D-D中子发生器的自成靶进行了热流固耦合分析。模拟了冷却水流量及冷却水层厚度对靶温的影响,同时模拟了两种不同结构的自成靶在束流轰击及冷却水共同作用下的应力及形变。模拟结果表明,两种结构的自成靶在使用中最高温度、最大应力与形变均满足设计要求。     

Sodium target for a negative-ion injector

Conclusions The charge-reversal sodium target developed for the MIN injector corresponds at the present time to most of the requirements made on such targets for full-scale injectors of negative ions of hydrogen and deuterium. The range of thickness values obtained fully satisfies the experimental requirements and can be expanded, if necessary. The uniformity of the stream profile in space and in the course of time suffices in its present form for the experimental goals, and ways of improving it are clearly visible. This applies also to the vacuum conditions in the target and to the effusion of sodium from the target. A charge of several kilograms of sodium makes it possible to keep the target in operation for 65 h without downtime. The target was disconnected for further design improvements. A target in the form of a continuous ultrasonic stream of great width makes it possible to use in the injector not only charge-reversal properties but also vacuum shutter properties. This may greatly affect the design and the dimensions of such an injector.Translated from Atomnaya Énergiya, Vol. 49, No. 4, pp. 246–251, October, 1980.     

60 Co单源照射装置的蒙特卡罗方法优化设计

参考辐射是辐射剂量监测仪器校准工作必备的条件, 60 Co单源照射装置是产生参考辐射场的重要设备。本文利用蒙特卡罗方法对 60 Co单源照射装置产生的辐射场的均匀性和散射辐射进行模拟计算,完成照射装置中散射腔、准直光阑和快门体等部分的设计并利用PTW电离室对辐射场进行测量。结果表明,辐射场中散射辐射和均匀性与模拟结果符合较好,满足设计要求。     

用于CSNS反角白光中子源的双屏栅电离室设计及性能研究

为测量中国散裂中子源（China Spallation Neutron Source, CSNS）反角白光中子源150 keV以下能区飞行时间法中子能谱,研制基于¹⁰B(n, α)⁷Li和⁶Li(n, t)α核反应的双屏栅电离室,采用薄窗和薄底衬的结构设计。通过Garfield++、SRIM和Simcenter Magnet Electric程序对屏栅电离室的工作气体、极间距和电场分布等工作参数进行模拟设计,并采用α源及CF₄、P10、90%Ar-10%CO₂三种气体对电离室进行性能参数测试。结果表明,选定电子漂移速度快、扩散系数小,以及阻止本领大的CF4作为CSNS/Back-n束上测试工作气体,阴极-栅极和栅极-阳极间距分别为20 mm和5 mm。屏栅电离室收集区74 mm范围内是电场均匀区,场强的相对偏差≤0.03%;性能测试结果表明,工作气体为CF₄时,电离室对²³⁹Pu/²⁴¹Am/²⁴⁴Cm混合α面源具有很好的能量分辨,最佳能量分辨率为2.4%@5.48 MeV。对比平板型电离室和硅微条探测器的测量结果,验证了本工作研制的屏栅型电离室的能量分辨优势。     

A high-flux accelerator-based neutron source for fusion technology and materials testing

Advances in high-current linear-accelerator technology since the design of the Fusion Materials Irradiation Test (FMIT) Facility have increased the attractiveness of a deuteriumlithium neutron source for fusion materials and technology testing. This paper discusses the conceptual design of such a source that is aimed at meeting the near-term requirements of a high-flux high-energy International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF). The concept employs multiple accelerator modules providing deuteron beams to two liquid-lithium jet targets oriented at right angles. This beam/target geometry provides much larger test volumes than can be attained with a single beam and target and produces significant regions of low neutron-flux gradient. A preliminary beam-dynamics design has been obtained for a 250-mA reference accelerator module. Neutron-flux levels and irradiation volumes were calculated for a neutron source incorporating two such modules, and interaction of the beam with the lithium jet was studied using a thermal-hydraulic computer simulation. Approximate cost estimates are provided for a range of beam currents and a possible facility staging sequence is suggested.This work was supported by Los Alamos National Laboratory Program Development Funds under the auspices of the U.S. Department of Energy.Supported in part by an appointment to the U.S. DOE Fusion Energy Postdoctoral Research Program administered by Oak Ridge Associated Universities.     

高压倍加器微秒脉冲束系统的建立

为满足某些效应本底较低的实验的需求,在中国原子能科学研究院的高压倍加器上利用束流切割的方法建立了一套微秒脉冲束系统,并对研制的系统进行性能测试,介绍了该系统的建造方法和性能测试结果。该套装置符合设计要求,可投入实际应用。