中国散裂中子源工程
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白光中子源
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代表性文章
合作建设团队及主要联系人
 
CSNS靶站和反角中子特征  

散裂中子源利用中高能质子轰击重金属靶通过散裂反应产生中子。CSNS加速器提供的质子束流功率为100kW,未来将升级到500kW,质子能量为1.6GeV。在此能量下,质子与单个原子核中的单个核子(质子或中子)发生一系列级联碰撞(该过程称为“核内级联”)。通过核子-核子碰撞,入射粒子的部分能量将转移给原子核中的核子,增加了这些核子的动能,并可能发射较高能量的次级粒子如中子、质子和π介子等,这些次级粒子以及可能离开该原子核的原初质子,与其他原子核继续发生一系列碰撞,这种在多个原子核中发生的级联碰撞过程称为“核外级联”。在核内级联和核外级联发生后,参与级联过程的原子核处于激发态,在退激的同时各向同性地发射MeV量级能量的中子、质子、氘、氚、氦3、α粒子等粒子,其中中子是最可能的发射粒子。

CSNS采用薄钽层包裹的钨靶片叠加制成的靶,靶片之间通过水冷将热量带出来,水冷层也起到了对中子进行部分慢化的作用。散裂靶上下放置有3套专用的慢化器将中子进一步慢化,以提供eV甚至meV能量的中子进行基于中子散射技术的多学科应用。周围还有铍反射体以增加中子的利用率。靶站的外围则是直径达到12m的物理屏蔽体。CSNS一期100kW情况下,在散裂处的总中子产额达到1016n/s

除了经过慢化器并沿慢化器平面的19条中子束流孔道引出的慢中子外,CSNS还有两条沿质子束打靶的平面的中子束流孔道,一条是沿质子束入射通道出射的,称为反角通道中子,另一条是沿41°方向孔道,但后者目前被专用的堵孔材料堵住了,待以后有机会再打开并引出高能中子束。这两条孔道的中子只经过靶中冷却水的轻度慢化,中子能谱非常宽,其中快中子和高能中子成份很高,因而具有典型的白光中子源特征。

反角白光中子束的可应用能区跨度超过8个量级,1eV - 100MeV,见图1,加上中子束的良好时间结构,非常适合开展基于飞行时间方法的中子核数据测量,特别是共振能区的中子反应截面测量。鉴于反角中子束的优秀品质,CSNS专门调整了整个装置的布局,在质子束线RTBT上增加一个15°偏转磁铁以便将反角中子束同入射质子束分离,见图2。为了充分利用好该中子束,成立了反角白光中子源(又称为Back-n)项目组,负责设计白光中子应用的中子束线以及开展物理终端(或谱仪)。表1列出了Back-n的主要参数。

 

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