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中子物理与应用谱仪
一、谱仪简介
中子物理与应用谱仪（Neutron Physics and Application Instrument - NPAI）采用分束式设计，一方面开展瞬发伽玛中子活化分析（PGNAA）和中子深度剖面（NDP）分析技术应用，利用热/冷中子与样品中元素发生的俘获反应，为材料、能源、环境、医学和考古等领域研究提供多种无损、定量的元素浓度检测分析手段；另一方面将建设国内首台超冷中子源，为中子的电偶极矩、寿命、衰变系数等基本性质研究提供高性能束流条件，其饱和超冷中子密度达世界先进水平。
二、谱仪光路图和原理图
图1展示了谱仪光路图，图2展示了谱仪原理图。
图1：谱仪光路图
图2：谱仪原理图
三、谱仪主要指标和参数
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设计参数 | |
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慢化器 |
耦合液氢慢化器（CHM） | |
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中子束线 |
BL12 | |
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分束 |
应用端 |
物理端 |
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中子 导管 |
前端公共导管+直导管+弯导管+椭圆聚焦导管 2.317m~31m |
前端公共导管+直导管+弯导管+椭圆聚焦导管 2.317m~38m |
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斩波器位置 |
10.1m@T1；16.5m@T2 |
11.0m@T1； 13.1m@T0 |
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衰减器 |
9m / 14.9m |
-- |
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准直器 |
31.0m~32.8m / 33.5m |
-- |
|
第二开关 |
21m |
22.543m |
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中子带宽 |
4.55Å |
4.1Å |
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样品位置 |
33. 0m @ PGNAA ；33.9m @ NDP |
38m~39m @ SF-He |
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样品空间 |
3cm×3cm / 1.2cm×1.2cm @ PGNAA ； 2cm×2cm @ NDP |
7cm×7cm×100cm |
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样品处 中子通量@500kW |
3.57E+09 n/cm2/s @ PGNAA 1.18E+09 n/cm2/s @ NDP |
6.71E+10 n/s @导管出口 |
四、主要应用领域
1：瞬发伽玛中子活化分析
钢铁、煤炭、水泥等工业领域标准样品元素含量分析；
地质、考古、环保、医药等科技领域样品元素和同位素分析。
2：中子深度剖面
锂（钠）在电极材料内的扩散、沉积和体相反应动力学研究；
电极与电解质界面微观结构及界面反应动力学研究；
电池器件工作及失效机制研究。
3：超冷中子源
中子电偶极矩、中子寿命、中子-反中子振荡、重力场中能量量子化等基础物理领域的研究。
五、典型应用
图3：乏燃料内关键产物分析
Anal. Chem. 2021, 93, 9771
图4：钛合金内氢元素分析
Analyst. 2017, 142, 3822
图5：锂电池失效机制研究
J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 14257
图6：锂枝晶生长机制研究
eScience. 2024, 4, 100182
图7：中子寿命和β衰变测量
Phys. Rev. Lett. 2021, 127, 162501
图8：中子电偶极矩实验测量
Phys. Rev. Lett.
2020, 124, 081803
- 布局图和参数
- 应用领域
- 团队成员
- 发表文章
主要应用领域
1：瞬发伽玛中子活化分析
钢铁、煤炭、水泥等工业领域标准样品元素含量分析；
地质、考古、环保、医药等科技领域样品元素和同位素分析。
2：中子深度剖面
锂（钠）在电极材料内的扩散、沉积和体相反应动力学研究；
电极与电解质界面微观结构及界面反应动力学研究；
电池器件工作及失效机制研究。
3：超冷中子源
中子电偶极矩、中子寿命、中子-反中子振荡、重力场中能量量子化等基础物理领域的研究。
典型应用
图3：乏燃料内关键产物分析
Anal. Chem. 2021, 93, 9771
图4：钛合金内氢元素分析
Analyst. 2017, 142, 3822
图5：锂电池失效机制研究
J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 14257
图6：锂枝晶生长机制研究
eScience. 2024, 4, 100182
图7：中子寿命和β衰变测量
Phys. Rev. Lett. 2021, 127, 162501
图8：中子电偶极矩实验测量
Phys. Rev. Lett.
2020, 124, 081803