中国散裂中子源中子束参数测量方法与技术研究

摘要

中国散裂中子源 (CSNS)在调试运行期间，准确测量靶站中子束线的中子能谱、中子通量及中子脉冲形状等重要中子学参数，可为下一步开展中子散射技术应用研究及后期散射谱仪的建设奠定基础。另外，靶站中子束线中子学参数的测量，可为CSNS靶-慢化器-反射体、中子导管、中子斩波器等设计的合理性分析提供依据。本论文基于中国散裂中子源（CSNS）中子束参数测量的需要，开展了中子束能谱、通量及中子脉冲形状等实验测量技术及方法研究，主要的研究内容、研究结果及结论如下： 开展了传统TOF方法（即脉冲计数模式）和CTOF方法（电流积分模式）中子能谱测量原理及相关理论的研究，通过比较两种方法的优缺点，提出了在CSNS中子学性能调试初期阶段，采用CTOF法开展CSNS中子参数测量的基本方案。研发了CTOF测量系统，在中国绵阳研究堆（CMRR）飞行时间极化中子反射谱仪（TPNR）中子束线上，开展了CTOF测量系统的实验测试。完成了CTOF测量系统平均电荷量的实验测量和TPNR中子束线中子能谱测量，并与TOF法测得能谱数据进行了对比，结果显示，两种方法测得能谱数据能很好的符合，验证了 CTOF 系统用于中子能谱测量的可靠性。根据测得的中子能谱数据，计算了TPNR 束线的中子通量，并 Au 箔活化片法测得的中子通量进行了比对，结果显示，CTOF系统测得的中子通量数据偏高约10-20%，造成偏高的主要原因是CTOF系统无法完全去除γ的影响。采用所发展 CTOF 测量系统，完成了 CSNS的6号束线和20号束线中子参数的初步实验测量，得到了6号束线和20号束线的中子波长谱，并由中子波长谱数据计算得到了两条束线的中子通量和中子产生效率。分析显示，CTOF系统所测量的数据能正确反应6号束线和20号束线的中子束特性，可以用来测量CSNS中子束线的中子能谱、中子通量等中子学参数。 发展了中子脉冲形状测量系统，研究了相关理论及方法。在CMRR的TPNR中子束线上开展了中子脉冲形状测量系统的初步实验测试，得到了净衍射中子的TOF谱，结果分析显示，获得的中子波长数据与计算得到的衍射波长吻合，初步验证所发展的中子脉冲测量系统可以用于 CSNS 靶站中子束线的中子脉冲形状的测量。

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