飞行时间小角中子散射模拟与规约研究

摘要

小角中子散射（Small Angle Neutron Scattering, SANS）技术是研究纳米到微米尺度材料结构的有力工具之一，在生命科学、纳米、信息、环境、能源、软物质等前沿领域有着不可替代的关键作用。
　　进入二十一世纪，我国开始建设国内第一台散裂中子源（ China Spallation Neutron Source, CSNS）大科学装置，同时利用飞行时间（Time-of-Flight，TOF）技术的小角中子散射谱仪也将建设。这对小角中子散射的数据规约（ Data Reduction）分析提出了新的挑战。
　　目前国内还没有散裂中子源，可用的小角中子散射谱仪也非常有限。因此我们开展基于蒙特卡罗（Monte Carlo）方法的虚拟中子实验，对应用飞行时间技术的小角中子散射实验测量进行了完整的模拟。整个虚拟中子实验涵盖了中子在光学器件中的输运过程，样品对中子的散射过程，以及中子击中探测器的响应过程。我们成功模拟了样品/容器中子散射、透射以及直射中子等多项散射实验所必须的测量。通过对中子发散度、中子通量、空间均匀度、以及样品散射函数与透射率等的一系列评估，确保了该虚拟实验可以很好地仿真散裂中子源真实的实验测量。
　　在虚拟实验模拟数据的基础上，本文首次在国内开展了对飞行时间小角中子散射数据规约的研究，开发了飞行时间小角中子散射的数据规约流程。该流程几乎覆盖了散裂中子源小角中子散射数据规约的所有处理程序，包括探测器数据掩盖、探测器效率、敏感度、立体角贡献、重力效应、样品透射率、入射中子谱归一、背底扣除等数据处理与物理修正。结果表明，理论计算的样品散射函数与模拟数据规约得到的样品散射函数吻合的很好。
　　基于虚拟实验的小角中子散射数据规约研究，解决了飞行时间小角中子散射中数据规约的关键问题，为我国散裂中子源小角中子散射谱仪将来的数据分析打下了坚实的基础。

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第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 国内外中子源的发展

1.3 研究背景及意义

1.4 本文主要研究内容

第二章 中子与中子散射

2.1 中子的基本性质

2.2 中子散射基本理论

2.3 中子散射的科学应用

第三章 小角中子散射

3.1 简介

3.2 小角中子散射原理简介

3.3 小角中子散射谱仪

第四章 虚拟中子实验

4.1 模拟组件参数的优化

4.2 样品参数设置

4.3 模拟结果分析

第五章 小角中子散射数据规约及分析

5.1 小角中子散射规约原理

5.2 数据规约分析

5.3 小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢