非弹性中子散射谱仪

非弹性中子散射是利用中子与材料晶格或自旋散射发生能量和动量交换来测量材料动力学性质的实验技术.非弹性中子散射谱仪可以直接测量声子谱、自旋波、晶体场等性质,且能量和动量分辨率高,在物理、材料、化学、生物等领域有广泛应用,是前沿科学研究中重要的实验仪器.本文概述了非弹性中子散射的发展过程、基本理论、散射谱仪及应用范例.     

中子三轴谱仪的原理、技术与应用

中子作为一种具有独特性质的亚原子粒子,在很多研究领域都具有重要且无法替代的优势. 中子三轴谱仪通过能量守恒和动量守恒原理就可以测量某一系统的弹性或非弹性散射性质,从而获得该系统的结构或动力学信息. 中子三轴谱仪得名于其3个核心部分：单色器、样品和分析器,每一部分都可以独立转动.由于三轴谱仪在物理学尤其是凝聚态物理学研究中所发挥的重要作用,中国科学院物理研究所将联合中国原子能科学研究院,在后者新建成的中国先进研究堆搭建一台现代化的热中子三轴谱仪.文章结合该谱仪,介绍了中子三轴谱仪的基本原理、技术以及应用范围     

中子三轴谱仪的原理、技术与应用

中子作为一种具有独特性质的亚原子粒子,在很多研究领域都具有重要且无法替代的优势.中子三轴谱仪通过能量守恒和动量守恒原理就可以测量某一系统的弹性或非弹性散射性质,从而获得该系统的结构或动力学信息.中子三轴谱仪得名于其3个核心部分:单色器、样品和分析器,每一部分都可以独立转动.由于三轴谱仪在物理学尤其是凝聚态物理学研究中所发挥的重要作用,中国科学院物理研究所将联合中国原子能科学研究院,在后者新建成的中国先进研究堆搭建一台现代化的热中子三轴谱仪.文章结合该谱仪,介绍了中子三轴谱仪的基本原理、技术以及应用范围.     

中子半影成像的散射中子对点扩展函数的影响

基于ICF中子半影成像分辨力的要求,利用蒙特卡罗方法,模拟了4种系统模型的点扩展函数,分析半影孔装置、靶室和中子束流通道的钢管、高密度内爆靶丸的散射中子对点扩展函数的影响;模拟了平面中子源在4种模型中的半影成像,并用维纳滤波方法重建,分析了散射中子对中子半影成像诊断的影响。模拟结果表明:半影孔装置、靶室等的散射中子不会造成点扩展函数的变形,仅仅增加本底,对诊断的影响可以忽略;高密度内爆靶丸的散射中子会造成点扩展函数的平滑,但对诊断的影响有限。     

基于瞬发伽马中子活化分析技术的金属样品检测研究

在合金材料的生产过程中,不同金属元素的含量改变对产品的性能以及可靠性有重要的影响,通过在线检测技术能够对产品中不同元素含量进行实时分析,从而指导其工业生产过程,提高产品质量。目前常规的无损检测方法受限于分析深度,无法对样品内部成分进行分析,从而影响测量结果的准确性。瞬发伽马中子活化分析（PGNAA）技术是一种高灵敏度、多元素同时分析的无损检测技术,可以对大块样品进行快速分析。针对PGNAA技术在大体积金属样品检测的可行性进行研究,通过测量快中子与样品发生非弹性散射反应激发的伽马射线对样品成分进行分析。搭建了一套测量系统,包括D-T中子发生器,中子反射体,中子准直体,高纯锗（HPGe）探测器及探测器屏蔽防护。首先,对Fe,Ti,Cr,Ni和Cu等5种金属元素进行了分析研究。对不同质量下的样品进行测量,通过伽马能谱处理软件GAMMAFIT对HPGe探测器测量到的特征伽马峰进行拟合,获得全能峰的净面积。分析全能峰净面积与样品质量之间的响应,对探测器的探测效率变化造成的非线性响应进行修正,得到不同元素的校准曲线,结果显示各元素修正后的校准曲线均具有良好的线型关系。对不同元素的质量检测限进行分析,不同金属元素的质量检测限分别为Fe（44 g）,Ti（25 g）,Cr（33 g）,Ni（108 g）和Cu（72 g）。利用测量系统对不锈钢合金样品中的Fe和Cr元素含量测量开展了研究,通过测量标准样品建立了Fe和Cr元素的定标曲线,并对未知样品进行了测量分析。同时与X射线荧光光谱（XRF）测量结果进行了对比分析,结果表明两种方法的Fe元素和Cr元素测量值偏差分别为4.08%和2.97%。研究结果表明,利用PGNAA技术可以对多种金属元素和合金样品进行测量分析,为后续其他金属样品的检测奠定了研究基础。     

平台转动对SAR成像的影响分析

分析了合成孔径雷达(SAR)平台偏航、俯仰和横滚3个方向转动对成像的影响。建立了平台转动模型,从雷达照射区域的变化、回波的幅度调制和回波的相位调制等3个方面展开分析,定量分析了平台转动对成像幅宽和方位聚焦的影响。分析结果表明,平台转动会产生成像幅宽损失,影响方位聚焦,并会改变目标的方位位置。分析结果可以为SAR系统设计和算法论证提供一定的参考。     

冷中子三轴谱仪屏蔽体的蒙特卡罗模拟

冷中子三轴谱仪( CTAS ) 的屏蔽体对于保障工作人员安全、降低散射大厅本底及提高信噪比具有重要的意义。采用蒙特卡罗程序MCNP5 对谱仪各部分屏蔽体进行了计算,并结合Mcstas 程序确定了CTAS 入口处的中子源,大大提高了计算效率。经过模拟计算和优化表明:单色器后端使用厚350mm、密度4.6 g/cm3 的重混凝土,衔接屏蔽体使用厚300 mm、密度3.6 g/cm3的重混凝土,生物屏蔽采用厚150 mm、密度3.6 g/cm3 的重混凝土可保证屏蔽体外表面的剂量率满足散射大厅的剂量要求。The shielding of Cold neutron Triple-Axis Spectrometer( CTAS ) is important for radiation safety of workers, and reduce the background of scattering hall as well as enhancing the ratio of signal-to-noise. In this study,Monte-Carlo simulation was performed to conduct the calculation on the shielding of CTAS. To increase the calculation efficiency, neutron source was obtained by using Mcstas code. The results indicate that, in the case of heavy concrete ( density 4.6 g/cm3 ) with thickness of 350 mm for the shielding behind the monochromater, and heavy concrete ( density 3.6 g/cm3 ) with thickness of 300 mm for the other monochromater shielding, as well as the heavy concrete ( density 3.6 g/cm3 ) with thickness of 150 mm for biological shielding, the dose rate outside shielding may meet the requirement of national standard of China.     

缺中子核素125,127,129Ce的转动结构

用组态相关推转Nilsson-Strutinsky方法研究了缺中子核素^125,127,129Ce的转动结构性质, 讨论了转晕带的旋称劈裂和核的形状. 转晕带相应的核形状均是近轴对称的. ^127,129Ce在同一个组态中可能有形状共存. 理论指出即使对于无三轴形变核也有可能出现较大的旋称劈裂.     

14MeV中子照相中散射中子对成像影响的Monte Carlo模拟

依据实验参数，建立了14MeV快中子照相的物理模型，并利用Monte Carlo方法对照相过程进行了模拟. 分析了经聚乙烯样品散射的中子对快中子图像的影响随样品与探测器间距及样品参数的变化. 计算结果表明，样品与探测器的距离d<5cm时，样品中的散射中子对图像的影响强烈依赖于d，而当d>20cm时，样品散射中子对图像的影响可忽略；当样品密度为3—5g/cm³时散射中子对图像的影响相对最大；样品宽度越大，图像中的散射成分越多，当宽度在3cm以上时散射成分的强度趋于饱和. 关键词： 14MeV中子 快中子照相 散射中子 Monte Carlo模拟     

装置极化效率对极化中子成像质量的影响及修正分析

极化中子照相技术通过分析极化中子束的自旋相移对样品磁场进行成像, 自旋极化/分析装置是照相系统的主要组成部分. 引入中子自旋极化/分析装置的极化效率参数, 从中子极化矢量与磁场相互作用机理出发, 重新推导探测中子强度与磁场分布的定量关系, 利用谱仪模拟软件VITESS, 选取bender型超镜极化器和 ³He 自旋过滤器作为极化/分析装置, 对量化修正式进行验证, 并综合装置极化效率、单色器能量分辨精度和bender型极化器的几何结构等参数, 初步分析极化中子照相技术的磁场定量检测能力, 相关结果可为极化中子照相的实验数据处理技术研究及装置设计提供参考. 关键词： 极化效率 中子照相 磁场成像     

基于光学全息指纹锁的设计与仿真

本文提出了一种基于光学全息的“指纹锁”,将其放置在智能卡的IC芯片前面,用于对用户的个人识别号(PIN码)进行预先加密和认证,和智能卡原有的数字加密算法相结合,可进一步提高信息存储和提取的安全性.该指纹锁是以指纹图像和随机相位板为密钥,记录在光折变晶体材料内的一组角度复用加密全息图.这种光学加密全息图与传统的角度复用全息图不同,其参考光兼有指纹密钥的振幅调制和随机相位调制,具有私密性好、携带方便、安全性高等优点.     

基于蒙特卡罗方法的中子屏蔽材料设计

基于蒙特卡罗粒子输运程序MCNP,设计了一种强度高、密度低、具有优异中子屏蔽性能的新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料,模拟计算了镅-铍（Am-Be）中子源产生中子对该材料的透射率;研究了该材料的中子屏蔽性能与传统屏蔽材料的差异以及不同B4C质量分数对该材料的屏蔽性能影响;根据模拟结果分析了该材料对不同能区中子（慢中子、中能中子、快中子）具有的不同屏蔽性能。研究发现：B4C质量分数为10%的该种新型玻璃纤维/B4C/环氧树脂复合材料的中子屏蔽性能,尤其是慢中子屏蔽性能较传统的含硼聚乙烯和Al-B4C合金材料更为优异;但随着B4C质量分数的增大,屏蔽性能提升不明显。结果验证了蒙特卡罗方法用于中子屏蔽材料优化设计的可行性。     

基于空间光调制器的非相干数字全息单次曝光研究

菲涅耳非相干相关全息术(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)利用在空间光调制器(spatial light modulator,SLM)上加载双透镜模式对同一物点光分束自相干,并通过改变加载的相位因子得到不同的相移全息图.本系统利用SLM可分区编码调制特性,将FINCH成像中SLM上分三次加载的0°,120°,240°相位双透镜掩模各提取1/3组成一幅复合相移模式加载,并研究了三种相位分布方式对FINCH成像质量的影响.结果表明:三个相位在SLM上分布间隔越大,再现像越清晰.在此基础上,提出了一种新的掩模加载方式,在SLM加载透镜阵列,每一个相位因子对应一个双透镜,具有一个光轴.实验表明,通过这种加载方式,通过SLM后形成的三个相移图能够一次在电荷耦合器上记录,并且三个相移图不重叠,然后通过MATLAB编程计算将不同相移角度的全息图分别提取出来,通过三步相移计算合成一幅包含有物光波的复值全息图,最后通过数值再现算法重建待测样品.此系统可用于对光源相干性较低的实时成像系统,也为微小形变测量、动态物体的观测提供了新方法,为非相干数字全息术的发展提供了新思路.     

大空腔探测系统中子多重性随机模拟及参数计算

为优化中子多重性探测器设计、指导多重性实验的正确实施,论述了利用蒙特卡罗程序获取中子时间脉冲序列链进行多重性随机模拟的方法。提出了一种新的三均分算法计算中子衰减时间常数,解决了生成时间序列链超大矩阵排序问题。基于大空腔探测系统,利用无死时间的时间序列链经过数据解谱,分析利用252Cf中子源标定的参数在钚样品多重性测量过程中的匹配问题,考察了探测效率的差异和二阶矩三阶矩的门份额的适用性,并提出了移位寄存器（MSR）处理过程中门宽的优化选取原则。模拟了大量不同质量的钚样品,建立了大空腔探测系统的质量相对标准偏差（RSD）曲线。结果表明：252Cf源标定的探测效率比Pu样品的效率差3%左右,比值法与公式法计算的门份额完全一致,大空腔探测系统对公斤级的金属钚在1000 s时间内的质量测量RSD约为4%。     

表面粗糙度数字全息检测

鉴于数字全息表面粗糙度测量是对被记录的数字全息图进行数值重建获得相应的相位值,将其映射为表面轮廓值后来计算表面粗糙度参数的,分别以标准分辨率板和高度标定板为检测样本,对构建的数字全息测量系统进行了重建误差及重复性测试,包括横向尺寸误差及高度误差,横向尺寸重建误差及重复误差分别为1.11%和0.61%,高度重建误差及重复误差分别为11%和1.8%。以宽带介质膜平面反射镜为样本,测得其3段评定长度（包含15个取样长度）的表面粗糙度平均值分别为0.010 37 m、0.010 33 m和0.009 67 m。     

一种实现单步相移无透镜傅里叶同轴数字全息的倒频谱技术

在数字全息技术中无透镜傅里叶同轴数字全息具有高分辨,再现速度快等优点,因此有着广泛的应用前景,但它也存在再现像与直透光场及其共轭像重叠,较难分离的缺点。针对这一问题,在分析了无透镜傅里叶同轴数字全息图记录和再现原理的基础上,提出了单步相移倒频谱技术,并在理论上分析了该技术对分离出清晰再现像的可能性和该技术适用的关键条件。通过仿真实验进行了验证,结果表明:单步相移倒频谱技术能够较好地解决无透镜傅里叶同轴数字全息技术中再现像与直透光场及其共轭像重合这一困难,得到清晰的再现像;同时给出了实际实验中单步相移倒频谱技术能够适用的条件参数,这为后面的进一步实验提供了参考依据。     

基于神经网络的近场声全息方法研究

研究了用于声源识别的近场声全息方法中的声场重建算法,针对一般声场重建算法速度慢、误差大的缺点,提出了基于RBF神经网络的声场重建算法。通过仿真证明:相比较于常用的利用菲涅尔变换推导的声全息重建算法,该重建算法具有重建误差小、速度快的优点,具有较好的可行性。     

基于数字全息的热透镜效应测量

提出一种数字全息定量测量半导体激光二极管侧面泵浦Nd∶YAG晶体热透镜效应的方法。CCD采集Nd∶YAG晶体在不同泵浦电流下的数字全息图,通过数值重建得到热透镜效应引起的相位分布及其变化过程。再由相位分布计算得到对应的热透镜焦距。实验结果表明,利用数字全息技术可以准确和有效测量热透镜效应及热透镜焦距。     

核物质对称能斜率对快转中子星性质的约束（英文）

在过去的十余年中,对非对称核物质的对称能的研究无论从实验还是理论上都取得了较大的突破,这对中子结构及其物态方程的理解具有十分重要的意义。本研究将采用一个相对保守的对称能斜率范围(25 Me VL105Me V)来研究其对快速转动中子星性质的约束,这些性质包括:质量-半径关系、转动惯量、引力红移以及转动形变等。通过该对称能斜率的约束,发现典型中子星(M=1.4M⊙)的半径约束在10.28～13.43 km范围内,这与最近的相关观测相一致。如果观察发现了质量较小的毫秒脉冲星,则将为核物质的对称能较软提供有效的证据。另外还发现,对角动量的一致性可为快转中子星转动惯量的上限提供约束。最后,根据具有低质量伴星的双星EXO0748-676的红移观测,给出了该脉冲星的质量下限(1.5M⊙)。     

Theoretical study of micro-optical structure fabrication based on sample rotation and two-laser-beam interference

A method for fabricating a micro-optical structure based on sample rotation and two-laser-beam interference is proposed. The rotation process is analyzed using the coordinate transformation in matrix presentation and the theoretical expressions of the optical field distributions corresponding to different sample rotations. By rotating the samples and changing the laser wavelength, various special micro-optical structures can be obtained, such as equally spaced concentric rings and irregular trapezoidal lattices; these structures are demonstrated by simulating the corresponding optical field distributions. The proposed approach may be developed into a low-cost laser interference lithography technology for the fabrication of various micro-optical structures.