中国散裂中子源工程
      中国散裂中子源            高能物理研究所  
首 页 项目概况 白光中子源 繆子源 质子束 用户服务 文档服务器
 
当前位置:首页>束流扩展应用>白光中子源>CSNS反角白光中子源项目设计方案>Back-n中子束线
白光中子源
白光中子源科学目标和意义
          核数据测量研究
          高能中子单粒子效应
          共振中子照相
          探测器标定
国际上的白光中子源
          白光中子源发展简介
          国际上主流的白光中子源装置
CSNS反角白光中子源项目设计方案
          CSNS靶站和反角中子特征
          Back-n中子束线
          白光中子源运行模式
          中子束流特征测量和监测
          C6D6谱仪-俘获截面测量
          FIXM谱仪-裂变截面测量
          NTOX谱仪-全截面测量
          LPDA谱仪-带电粒子出射
          FINDA谱仪-中子阵列谱仪
          GTAF-Ⅱ&Ⅲ谱仪-全吸收Gamma测量
          GAEA谱仪-在束Gamma谱测量
          共有电子学和数据获取
          共振中子成像系统
项目进展和实施计划
          初期建设阶段
          中期建设阶段
          远期规划
代表性文章
合作建设团队及主要联系人
 
Back-n中子束线  

    CSNS反角通道白光中子源即使在一期阶段(CSNS-I)也将是国际上最优秀的白光中子源之一,在中子注量率方面具有明显的优势。为了发挥该中子束的优势和有效地开展白光中子源的应用研究,我们设计了2个飞行距离相对较长的实验站,利用飞行时间法开展相关的实验研究。其中,较远的2#实验厅(飞行距离约80 m)主要用于对能量分辨要求高的实验,较近的1#实验厅(飞行距离约55 m)主要用于对中子注量率要求较高的实验。在两厅中间匹配了一个样品准备间,在2#实验厅的正上方地面上RTBT设备楼中配备了一个控制室和一个电子学设备间。隧道布局如图1所示。

CSNS靶前RTBT质子输运线的24m隧道内,前20m是质子束和中子束的共用管道,中子束管道在偏转磁铁处与质子束管道分离后仍共享支架机构。在位于距靶24m的隔墙外中子束线与质子束线完全分离。中子束线包含真空、束流控制、防护、束流准直、废束收集等相关设备,具体有以下设备:

1) 中子真空飞行管道:为中子束传输提供真空环境。专用的白光中子管道包括由大孔径铝合金制成的束流管道,以及由真空泵、阀门和真空测量规等组成的真空系统,保证束线真空度好于10-3 Pa

2)实验厅屏蔽和本底控制:一方面为了降低实验厅中的辐射剂量水平,另一方面,更重要的是把实验厅中的中子和伽马本底降低到足够低,以达到实验所需要的效应/本底比,获得理想的实验结果。采取的措施包括:对1#实验厅与相邻的RTBT隧道的隔墙进行加强屏蔽,并在厅内侧的墙上铺设一层含硼聚乙烯材料以吸收热中子;沿中子束线采取多道屏蔽墙,以减小从靶方向来的散射中子和。同时两个实验厅内各布置一套中子和g剂量监测仪。

3)中子束窗:中子束窗位于RTBT靶前隧道的隔墙后0.6 m处,其基本作用是隔离RTBT束流管道和白光中子管道的气氛。正常运行时,RTBT真空管内的真空度约为10-6 Pa,而反角白光中子束线真空管内真空度约为10-3 Pa。同时,Back-n实验终端需要经常进行更换样品、更换探测器等破坏真空的操作,此时中子束窗也可以起到保护RTBT真空的作用。中子束窗采用与质子束窗相同材料的铝合金制成,厚度为1mm。同时,束窗真空盒内还配备了可远程控制的中子吸收片,以吸收能量低于0.5eV的热中子,或者满足束内本底测量的吸收片。

4)中子束开关:中子束开关位于RTBT隧道内、Back-n隧道隔墙之前,其主要作用是控制中子束流进入Back-n专用隧道,也可以控制中子束流的流强和束斑。在加速器及靶站正常运行时,可以阻止中子束流进入Back-n隧道,以此保障实验操作人员进入实验厅内进行实验样品更换、探测器调试等操作。同时,它也可以起到初级准直器的作用,以达到对终端内中子束流的强度、束斑尺寸和形状调节的目的。为此,设置了盲孔、不同孔径和不同孔形的束孔,共5个档位,根据需要采用电机驱动切换档位。中子束开关主要部件为挡束板、真空盒和驱动电机及控制等部分组成。挡束板尺寸为1500 mm(长)×150 mm(高)×550 mm(宽),挡束板由长1.2 m的铜与0.3 m的铁组成,采用不同材料是为了避免同一种材料不能完全吸收宽谱中子。

表:不同准直孔径下的白光中子束指标(100kW

Shutter (mm)

Coll#1 (mm)

Coll#2 (mm)

ES#1 spot (mm)

ES#1 flux (/cm2/s)

ES#2 spot (mm)

ES#2 flux (/cm2/s)

Φ3

Φ15

Φ40

Φ15

1.27E5

Φ20

4.58E4

Φ12

Φ15

Φ40

Φ20

2.20E6

Φ30

7.81E5

Φ50

Φ50

Φ58

Φ50

4.33E7

Φ60

1.36E7

78×62

76×76

90×90

75×50

5.98E7

90×90

2.18E7

 

5)中子束准直器:其作用是同中子束开头关一起对中子束的束斑尺寸和形状进行控制,以满足实验要求,同时也阻止上游散射的中子。Back-n配备两个主准直器,它们分别位于终端1和终端2之前,分别用于控制两个实验厅内束斑参数和本底。两个准直器长度都为1 m,长度方向上采用0.7 m铜加上0.3 m的铁。Back-n提供经过多级准直的多种束斑尺寸,同时开关上的一个3mm的小孔,可以降低中子流强约一个量级。具体参数见下表。

6)中子捕集器:穿过实验样品后的中子束流是无用的废束,中子捕集器要尽可能吸收掉该废中子束,避免产生大量的反射中子和g,也保证邻近楼梯间的辐射剂量水平。受空间限制,位于终端2的末端的中子捕集器采用复杂的多层设计,从内到外分别是铁,含硼聚乙烯和铅屏蔽层。

 

 

版权所有 © 中国科学院高能物理研究所 束流扩展应用