中國(guó)散裂中子源小角中子散射虛擬實(shí)驗(yàn)報(bào)告人：張晟愷小角散射譜儀中國(guó)散裂中子源報(bào)告人：張晟愷小角散射譜儀中國(guó)散裂中子源（CSNS）介紹

CSNS系統(tǒng)構(gòu)成：一臺(tái)H-直線加速器、一臺(tái)快循環(huán)同步加速器、一個(gè)靶站和3臺(tái)譜儀。3臺(tái)譜儀分別是：小角散射譜儀、多功能反射儀和高通量粉末衍射儀。2中國(guó)散裂中子源（CSNS）介紹CSNS系統(tǒng)構(gòu)成：小角散射譜儀（SANS-SmallAngleNeutronScattering）SANS用于探測(cè)物質(zhì)體系在1～100nm尺度內(nèi)的微觀和介觀結(jié)構(gòu)?？捎糜诓牧蟽?nèi)部的微結(jié)構(gòu)表征、聚合物和生物大分子的鏈團(tuán)構(gòu)型分析、合金的相分離、磁性物質(zhì)的磁疇、固體材料中的孔洞和缺陷的測(cè)試和研究等等。2小角散射譜儀（SANS-SmallAngleNeutro1.中子束線必須是絕對(duì)強(qiáng)度單位，中子在整個(gè)虛擬的譜儀中可以被追蹤，從源一直到探測(cè)器。2.虛擬的譜儀盡可能的和實(shí)際的譜儀相同。3.虛擬中子譜儀和實(shí)際譜儀一樣容易被控制，虛擬產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以像真實(shí)數(shù)據(jù)一樣被分析。一、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)原理1.中子束線必須是絕對(duì)強(qiáng)度單位，中子在整個(gè)虛擬的譜儀中可以慢化器發(fā)射面總的中子通量是3.8X1012n/cm2/s，慢化器溫度為20K，內(nèi)部有6m的屏蔽，外面有3m的生物屏蔽和5m的準(zhǔn)直器，從樣品到探測(cè)器的距離為5m，探測(cè)器為1m長(zhǎng)0.5英寸的He3管，小角譜儀的模型如左圖所示。1.1、

慢化器——理論計(jì)算樣品處的通量為:假設(shè)50%非相干散射的中子穿過準(zhǔn)直器進(jìn)入樣品:圖中可以看到明顯的熱峰(maxwellianpeak)。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)慢化器發(fā)射面總的中子通量是3.8X1012n二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Moderator（CHM）耦合液氫慢化器設(shè)計(jì)指標(biāo)：溫度是20K，直徑為15cm，中子的發(fā)射面是10cm*10cm。用MCNPX模擬計(jì)算得到CHM的能譜（tally105）、勒譜（tally205）和中子脈沖形狀。在MCNPX輸出文件中，detectorlocatedatx,y,z=66x.xx–75x.xx–13.9是對(duì)應(yīng)的BL01，也就是小角譜儀所在的位置。1.2慢化器——物理設(shè)計(jì)二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Moderator通過對(duì)MCNPX輸出文件中的能譜(tally105)進(jìn)行計(jì)算，選擇中子能量范圍為（0eV——1.0593eV），得到中子可視面的發(fā)射中子總通量為5.168529E+12n/cm2/s。通過對(duì)中子脈沖形狀(tally405)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到vitessuserwavelengthtimedits.file的輸入文件，計(jì)算得到中子的脈沖形狀。1.3慢化器——性能模擬二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過對(duì)MCNPX輸出文件中的能譜(tally2.1、

準(zhǔn)直器——物理設(shè)計(jì)中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：外圓直徑是140mm，內(nèi)孔是錐形，小徑為80mm，錐角是5°，厚度是50mm，碳化硼塊在準(zhǔn)直器外殼槽里凸出部分為5mm，兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是90.97.105.113.123.132.142.153.164.176(mm)——內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為2000mm——外層腔的設(shè)計(jì)：方形邊長(zhǎng)為490mm、孔直徑為290mm、長(zhǎng)度為2000mmShutter外準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：同上,兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是200.214.229.244.260.278(mm)——內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為2000mm——外層腔的設(shè)計(jì)：方形邊長(zhǎng)為490mm、孔直徑為290mm、長(zhǎng)度為2000mm聚焦準(zhǔn)直器的設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：外圓直徑是140mm，內(nèi)孔是錐形，小徑是不斷變化的，由40mm變化到20mm，錐角是5°，厚度是50mm，碳化硼塊在準(zhǔn)直器外殼槽里凸出部分為5mm-內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm，內(nèi)徑為90mm，長(zhǎng)度為2000mm，-內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為5000mm，兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是621.669.721.776.835.898(mm)——外層腔的設(shè)計(jì)：外徑為490mm，內(nèi)徑為290mm，長(zhǎng)度為5000mm準(zhǔn)直器分為3段：中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器、Shutter外準(zhǔn)直器、聚焦準(zhǔn)直器二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1、準(zhǔn)直器——物理設(shè)計(jì)中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：準(zhǔn)直器0mR=100mm2mR=80mm4mR=40mm9mR=20mm2.2準(zhǔn)直器——性能模擬按照準(zhǔn)直器的物理設(shè)計(jì)，在VITESS中放入相應(yīng)的SpaceWindowCHM發(fā)射的大小是10cm*10cm，在開關(guān)內(nèi)的準(zhǔn)直器放一個(gè)12cm*12cm的監(jiān)視器，記錄中子的x,y位置，分別記錄距離慢化器2m，4m，9m處中子的位置二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)0mR=100mm2mR=80mm4mR=40mm9m3.1斬波器——物理設(shè)計(jì)

小角譜儀上采用一臺(tái)T0斬波器（T0）和一臺(tái)雙盤帶寬限制斬波器（T1-D1，T1-D2），工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)為雙波段0.5~9.5?和3~12?。ChopperID安裝位置(mm)束流寬度(mm)束流高度(mm)開口角(degree)工作轉(zhuǎn)速(Hz)中子透過率(對(duì)1?中子)T0662076(28.23)76(28.23)25/50n/aT1-D1688127.327.3156.525＜1×10-4T1-D2

25＜1×10-4T0斬波器一般參數(shù)：束流截面中心到轉(zhuǎn)軸軸線距離：300mm；內(nèi)部氣氛：真空（小于10Pa）或氦氣(略大于1bar)；真空窗口？？？相位控制精度：±0.22deg；VETO值＜3%；停機(jī)位置精度：±0.2deg；電機(jī)冷卻方式：水冷。帶寬限制斬波器一般參數(shù)：束流截面中心到轉(zhuǎn)軸軸線距離：300mm；真空度：小于10Pa；真空窗口？？？工作方式：雙盤對(duì)轉(zhuǎn)；相位控制精度：±0.22deg；VETO值＜1%；停機(jī)位置精度：±0.2deg；電機(jī)冷卻方式：水冷。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1斬波器——物理設(shè)計(jì)3.2斬波器——性能模擬在VITESS中根據(jù)chopper的物理設(shè)計(jì)給定好參數(shù)，參數(shù)的設(shè)定如下所示，然后看經(jīng)過chopper后的中子波長(zhǎng)譜是否達(dá)到相應(yīng)的性能指標(biāo)。經(jīng)過模擬后生成的波長(zhǎng)譜如下圖所示。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2斬波器——性能模擬在VITESS中根據(jù)4.1樣品室和散射室

樣品室提供小角散射樣品的放置和實(shí)驗(yàn)空間，前端與準(zhǔn)直系統(tǒng)真空隔絕，后端與散射室真空隔絕。樣品室有效空間為1200mm*1800mm*2000mm,高為2m，是考慮人能夠直立進(jìn)去，室的一邊是開了門，還可以通過梯子進(jìn)入，中子經(jīng)過金屬管進(jìn)入樣品光闌，然后進(jìn)入樣品，最后進(jìn)入散射腔。

散射室由散射前腔和散射后腔兩部分組成，前腔里面是高角探測(cè)器，高角探測(cè)器是由3He管陣列組成，固定在壁上不動(dòng)的；后腔里面是低角探測(cè)器，底角探測(cè)器是由多絲正比室組成，它可以上下左右前后沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，低角探測(cè)器前面是不同直徑的beamstop,beamstop用來阻擋不需要的中子本底。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4.1樣品室和散射室樣品室提供小角散射樣品5.1探測(cè)器——物理設(shè)計(jì)參數(shù)低角主探測(cè)器高角主探測(cè)器時(shí)間分辨：2s2s時(shí)間窗口：0～40ms0～40ms效率：50%@2?70%@2?中子通量和計(jì)數(shù)率：最高計(jì)數(shù)率

105n/s單管最高計(jì)數(shù)率104n/s位置分辨：15mm*15mm15mm*15mm探測(cè)區(qū)域：距離樣品1米處距離樣品1米處有效面積：500mm*500mm500mm*500mm

小角散射譜儀中子探測(cè)器系統(tǒng)包括一個(gè)主束檢測(cè)器、一臺(tái)透過束監(jiān)測(cè)器、低角和高角兩個(gè)主探測(cè)器。小角散射虛擬實(shí)驗(yàn)主要使用的是主探測(cè)器，低角主探測(cè)器是二維位置靈敏3He多絲正比室，高角主探測(cè)器是0.5英寸位置靈敏3He陣列。探測(cè)器的模擬可以根據(jù)物理設(shè)計(jì)直接設(shè)置好參數(shù)。低角和高角主探測(cè)器具體參數(shù)如下表所示。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)5.1探測(cè)器——物理設(shè)計(jì)參數(shù)低角主探測(cè)器高角主探測(cè)器時(shí)間

根據(jù)小角譜儀的物理設(shè)計(jì)，在VITESS中放入脈沖中子源、準(zhǔn)直器、T0Chopper、帶寬斬波器，樣品和探測(cè)器，設(shè)置好小球模型的樣品，測(cè)試半徑分別為100?、500?，測(cè)得樣品散射強(qiáng)度曲線分別如圖所示。虛擬實(shí)驗(yàn)與小球模型理論計(jì)算結(jié)果一致。三、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)小角譜儀的物理設(shè)計(jì)，在VITESS中放入脈四、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)作用1.對(duì)中子譜儀的升級(jí)和設(shè)計(jì)，應(yīng)該和實(shí)際譜儀的設(shè)計(jì)相同2.用來教學(xué)和學(xué)習(xí)中子科學(xué)3.分離出樣品和樣品環(huán)境對(duì)中子散射的貢獻(xiàn)4.分析真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)譜儀設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生規(guī)約分析四、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)作用1.對(duì)中子譜儀的升級(jí)和設(shè)計(jì)，應(yīng)該虛擬中子實(shí)驗(yàn)框架已經(jīng)建好，下一步放入正在搭建的CSNS中子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中。已加入VITESS合作組，開發(fā)基于Web的APP。開發(fā)web接口提供給譜儀用戶（基于LAMP）。在CSNS中子虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中建立用戶自由討論區(qū)?？偨Y(jié)與展望虛擬中子實(shí)驗(yàn)框架已經(jīng)建好，下一步放入正在搭建的CSNS中子虛謝謝！11謝謝！11中國(guó)散裂中子源小角中子散射虛擬實(shí)驗(yàn)報(bào)告人：張晟愷小角散射譜儀中國(guó)散裂中子源報(bào)告人：張晟愷小角散射譜儀中國(guó)散裂中子源（CSNS）介紹

CSNS系統(tǒng)構(gòu)成：一臺(tái)H-直線加速器、一臺(tái)快循環(huán)同步加速器、一個(gè)靶站和3臺(tái)譜儀。3臺(tái)譜儀分別是：小角散射譜儀、多功能反射儀和高通量粉末衍射儀。2中國(guó)散裂中子源（CSNS）介紹CSNS系統(tǒng)構(gòu)成：小角散射譜儀（SANS-SmallAngleNeutronScattering）SANS用于探測(cè)物質(zhì)體系在1～100nm尺度內(nèi)的微觀和介觀結(jié)構(gòu)。可用于材料內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)表征、聚合物和生物大分子的鏈團(tuán)構(gòu)型分析、合金的相分離、磁性物質(zhì)的磁疇、固體材料中的孔洞和缺陷的測(cè)試和研究等等。2小角散射譜儀（SANS-SmallAngleNeutro1.中子束線必須是絕對(duì)強(qiáng)度單位，中子在整個(gè)虛擬的譜儀中可以被追蹤，從源一直到探測(cè)器。2.虛擬的譜儀盡可能的和實(shí)際的譜儀相同。3.虛擬中子譜儀和實(shí)際譜儀一樣容易被控制，虛擬產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以像真實(shí)數(shù)據(jù)一樣被分析。一、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)原理1.中子束線必須是絕對(duì)強(qiáng)度單位，中子在整個(gè)虛擬的譜儀中可以慢化器發(fā)射面總的中子通量是3.8X1012n/cm2/s，慢化器溫度為20K，內(nèi)部有6m的屏蔽，外面有3m的生物屏蔽和5m的準(zhǔn)直器，從樣品到探測(cè)器的距離為5m，探測(cè)器為1m長(zhǎng)0.5英寸的He3管，小角譜儀的模型如左圖所示。1.1、

慢化器——理論計(jì)算樣品處的通量為:假設(shè)50%非相干散射的中子穿過準(zhǔn)直器進(jìn)入樣品:圖中可以看到明顯的熱峰(maxwellianpeak)。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)慢化器發(fā)射面總的中子通量是3.8X1012n二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Moderator（CHM）耦合液氫慢化器設(shè)計(jì)指標(biāo)：溫度是20K，直徑為15cm，中子的發(fā)射面是10cm*10cm。用MCNPX模擬計(jì)算得到CHM的能譜（tally105）、勒譜（tally205）和中子脈沖形狀。在MCNPX輸出文件中，detectorlocatedatx,y,z=66x.xx–75x.xx–13.9是對(duì)應(yīng)的BL01，也就是小角譜儀所在的位置。1.2慢化器——物理設(shè)計(jì)二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Moderator通過對(duì)MCNPX輸出文件中的能譜(tally105)進(jìn)行計(jì)算，選擇中子能量范圍為（0eV——1.0593eV），得到中子可視面的發(fā)射中子總通量為5.168529E+12n/cm2/s。通過對(duì)中子脈沖形狀(tally405)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到vitessuserwavelengthtimedits.file的輸入文件，計(jì)算得到中子的脈沖形狀。1.3慢化器——性能模擬二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過對(duì)MCNPX輸出文件中的能譜(tally2.1、

準(zhǔn)直器——物理設(shè)計(jì)中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：外圓直徑是140mm，內(nèi)孔是錐形，小徑為80mm，錐角是5°，厚度是50mm，碳化硼塊在準(zhǔn)直器外殼槽里凸出部分為5mm，兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是90.97.105.113.123.132.142.153.164.176(mm)——內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為2000mm——外層腔的設(shè)計(jì)：方形邊長(zhǎng)為490mm、孔直徑為290mm、長(zhǎng)度為2000mmShutter外準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：同上,兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是200.214.229.244.260.278(mm)——內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為2000mm——外層腔的設(shè)計(jì)：方形邊長(zhǎng)為490mm、孔直徑為290mm、長(zhǎng)度為2000mm聚焦準(zhǔn)直器的設(shè)計(jì)參數(shù)：——碳化硼塊的設(shè)計(jì)：外圓直徑是140mm，內(nèi)孔是錐形，小徑是不斷變化的，由40mm變化到20mm，錐角是5°，厚度是50mm，碳化硼塊在準(zhǔn)直器外殼槽里凸出部分為5mm-內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm，內(nèi)徑為90mm，長(zhǎng)度為2000mm，-內(nèi)層腔的設(shè)計(jì)：外徑為290mm、內(nèi)徑為90mm、長(zhǎng)度為5000mm，兩個(gè)碳化硼塊之間的距離分別是621.669.721.776.835.898(mm)——外層腔的設(shè)計(jì)：外徑為490mm，內(nèi)徑為290mm，長(zhǎng)度為5000mm準(zhǔn)直器分為3段：中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器、Shutter外準(zhǔn)直器、聚焦準(zhǔn)直器二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2.1、準(zhǔn)直器——物理設(shè)計(jì)中子開關(guān)內(nèi)準(zhǔn)直器設(shè)計(jì)參數(shù)：準(zhǔn)直器0mR=100mm2mR=80mm4mR=40mm9mR=20mm2.2準(zhǔn)直器——性能模擬按照準(zhǔn)直器的物理設(shè)計(jì)，在VITESS中放入相應(yīng)的SpaceWindowCHM發(fā)射的大小是10cm*10cm，在開關(guān)內(nèi)的準(zhǔn)直器放一個(gè)12cm*12cm的監(jiān)視器，記錄中子的x,y位置，分別記錄距離慢化器2m，4m，9m處中子的位置二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)0mR=100mm2mR=80mm4mR=40mm9m3.1斬波器——物理設(shè)計(jì)

小角譜儀上采用一臺(tái)T0斬波器（T0）和一臺(tái)雙盤帶寬限制斬波器（T1-D1，T1-D2），工作波長(zhǎng)設(shè)計(jì)為雙波段0.5~9.5?和3~12?。ChopperID安裝位置(mm)束流寬度(mm)束流高度(mm)開口角(degree)工作轉(zhuǎn)速(Hz)中子透過率(對(duì)1?中子)T0662076(28.23)76(28.23)25/50n/aT1-D1688127.327.3156.525＜1×10-4T1-D2

25＜1×10-4T0斬波器一般參數(shù)：束流截面中心到轉(zhuǎn)軸軸線距離：300mm；內(nèi)部氣氛：真空（小于10Pa）或氦氣(略大于1bar)；真空窗口？？？相位控制精度：±0.22deg；VETO值＜3%；停機(jī)位置精度：±0.2deg；電機(jī)冷卻方式：水冷。帶寬限制斬波器一般參數(shù)：束流截面中心到轉(zhuǎn)軸軸線距離：300mm；真空度：小于10Pa；真空窗口？？？工作方式：雙盤對(duì)轉(zhuǎn)；相位控制精度：±0.22deg；VETO值＜1%；停機(jī)位置精度：±0.2deg；電機(jī)冷卻方式：水冷。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.1斬波器——物理設(shè)計(jì)3.2斬波器——性能模擬在VITESS中根據(jù)chopper的物理設(shè)計(jì)給定好參數(shù)，參數(shù)的設(shè)定如下所示，然后看經(jīng)過chopper后的中子波長(zhǎng)譜是否達(dá)到相應(yīng)的性能指標(biāo)。經(jīng)過模擬后生成的波長(zhǎng)譜如下圖所示。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)3.2斬波器——性能模擬在VITESS中根據(jù)4.1樣品室和散射室

樣品室提供小角散射樣品的放置和實(shí)驗(yàn)空間，前端與準(zhǔn)直系統(tǒng)真空隔絕，后端與散射室真空隔絕。樣品室有效空間為1200mm*1800mm*2000mm,高為2m，是考慮人能夠直立進(jìn)去，室的一邊是開了門，還可以通過梯子進(jìn)入，中子經(jīng)過金屬管進(jìn)入樣品光闌，然后進(jìn)入樣品，最后進(jìn)入散射腔。

散射室由散射前腔和散射后腔兩部分組成，前腔里面是高角探測(cè)器，高角探測(cè)器是由3He管陣列組成，固定在壁上不動(dòng)的；后腔里面是低角探測(cè)器，底角探測(cè)器是由多絲正比室組成，它可以上下左右前后沿著導(dǎo)軌移動(dòng)，低角探測(cè)器前面是不同直徑的beamstop,beamstop用來阻擋不需要的中子本底。二、SANS虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)4.1樣品室和散射室樣品室提供小角散射樣品5.1探測(cè)器——物理設(shè)計(jì)參數(shù)低角主探測(cè)器高角主探測(cè)器時(shí)間分辨：2s2