王洪立[1]2004年在《中子导管的设计和优化》文中进行了进一步梳理开展中子散射工作是建造中国先进研究堆(简称CARR)的王要目的之一，建造有关的中子散射谱仪及相关设备是CARR工程的一部分。中子导管系统在中子散射工程中扮演着重要角色，据统计目前国际上大约有超过1/2的中子散射谱仪安装在导管上。由于中子导管的传输性能直接影响到导管后谱仪的性能，导管系统造价昂贵，堆内导管安装完成后更换难度很大等诸多原因，在建造之前的设计工作必须非常地慎重。为避免设计失误，降低风险，节省经费，优化设备性能，必须进行周到、细致的设计，并对导管参数进行模拟优化。在经过充分的调研和与国外专家探讨后，我们对中子导管系统进行了初步设计。本人参考日本NEUGT程序，完成了中子导管蒙特卡罗模拟计算程序NGT2002的开发，它在完成理想中子导管传输效率及中子分布计算的基础上，考虑了中子导管的宽度尺寸制造误差、水平安装调整误差等因素，可以通过对导管系统的模拟，给出宽度尺寸制造误差、安装调整误差的限度。在中子导管系统的初步设计的基础上，本论文使用NGT2002对中子导管系统的参数进行了优化，详细介绍了中子导管蒙特卡罗模拟程序NGT2002，并使用此程序对安装在冷源水平孔道HT1上的冷中子导管CNG1和CNG2进行了模拟研究及优化设计，提供了冷中子导管系统的各项优化参数和导管单元的物理指标，完成了中子导管系统的物理设计。 目前国际上有多种中子散射设备模拟软件，如MCSTAS、VITESS、IDEAS和NISP等，这些软件包各具特色，但都是以理想情况为出发点进行模拟计算。在中子导管的设计和调研中，我们发现，中子导管系统的制造精度、安装调整误差等因素对中子导管系统的设计、选购、安装调整具有非常重要的影响，而上述这些软件均无法解决这个问题。日本的NEUGT程序可以对安装调整误差进行模拟，但由于它是使用早期Fortran语言编写的解析计算程序，使用不方便，运行速度慢，而且无法对超镜导管进行模拟。因此，本人参考NEUGT程序，开发了中子导管蒙特卡罗模拟计算程序NGT2002。此软件不仅能够完成理想情况下中子导管传输效率、中子通量分布等计算任务，而且由于在程序中加入了对中子导管宽度尺寸加工误中国原子能科学研究院博士学位论文差、水平安装调整误差的考虑，使程序的计算模型与实际导管系统的物理情况更加接近，计算结果与真实情况更加吻合。因此，可以使用本程序进行中子导管系统的参数优化，并给出导管系统宽度几何尺寸制造误差、水平安装调整误差的限度，对导管系统的设计、选购、安装调整工作进行指导。这项工作按照如下两步进行: 首先，验证此程序计算结果的收敛性，即此程序计算结果的唯一性。并使用此程序对由Yuj 1 KAwABATA等人在日本JAERI进行的导管实验进行模拟，将模拟计算的结果与实验结果进行对比，结果符合较好;使用此程序与其他国际通用程序在相同模拟条件下进行模拟计算，模拟计算结果较好地吻合，说明此程序的计算结果是可信的。 然后，使用该程序对导管CNGI和CNGZ进行了模拟，从堆内导管与冷源距离、导管单元的几何尺寸、堆外弯导管、堆外直导管等几个方面分别进行了模拟计算，最后从整个导管系统的角度对优化的导管参数进行评估。确定了堆内导管长度为2200Inln，其与冷源距离为1965Inm，超镜导管的寿命大于8年;得出了超镜弯导管传输特性曲线，对弯导管的特征波长影响进行评估、确定了弯导管长度系数等参数，对于导管CNGI，弯导管的特征波长为0.Znm，长度为Zlm;对导管CNGZ，弯导管的特征波长为0.4nm，长度为llm;通过对各种长度的直导管传输效率和中子束流准直情况的研究，确定导管CNGI的直导管为11m长，导管CNGZ的直导管为gm长;通过对各种误差条件下导管性能的研究，确定了导管的宽度几何尺 寸制造误差范围小于等于0.02Inln;宽度几何尺寸调整误差范围小于等于0.02Inln; 角度调整误差范围小于等于2秒。以这些结果为依据，完成了对CARR堆中子导 管系统的设计与优化。 关键词:中国先进研究堆:中子散射;蒙特卡罗模拟;NGT2002;冷中子导管; 制造误差;安装调整误差
郭立平[2]2003年在《中国先进研究堆中子散射谱仪的模拟和优化研究》文中研究说明本论文结合当前中国先进研究堆(China Advanced Research Reactor，CARR)中子散射工程谱仪建设的迫切需要，选择国际上广泛使用的通用中子散射谱仪模拟软件MCSTAS和VITESS作为模拟研究工具，首次对若干台新建谱仪的设计方案进行了全面的模拟和优化研究，包括两条冷中子导管、中子应力衍射仪和高分辨中子粉末衍射仪，并配合冷源设计研究了导管对冷源尺寸的要求。本论文的研究结果为中子散射工程建设提供了必要的研究数据，为选择谱仪设计方案提供了基本依据。 在冷源预设计尺寸φ20cm×20cm下，从传输效率和中子流量的角度对特征波长为0.2nm和0.4nm的两条冷中子导管的多种设计方案进行了比较。研究表明，采用m=2的超镜导管较~(58)Ni导管或Ni导管可以提高传输效率1.3～2.7倍，并使弯导管的直视长度变短，利于防护屏蔽安排。在满足导管出口中子束的均匀化效果前提下，模拟计算出弯导管后的直导管的最佳长度。在此基础上，分别从传输效率、中子注量率、谱形、发散度、均匀性和重力影响方面，对导管性能进行了技术分析，提出了超镜导管是建设的最佳方案，并被工程设计采纳。 根据导管设计指标的需要，研究了冷源尺寸与堆内导管内壁镀膜材料的全反射临界角和导管系统出口处中子注量率的关系。结果表明，在冷中子导管使用~(58)Ni和m=2的超镜镀膜情况下，所需要的冷中子源直径为18cm～22cm，高度为30cm～36cm，并从导管需求的角度为合理的冷源尺寸提出了建议。 用蒙特卡罗模拟方法对中子应力衍射谱仪的设计方案进行了优化研究，提出了一系列可供参考的数据：确定了单色器的位置、尺寸、垂直聚焦单色器在不同起飞角下的聚焦曲率半径和倾角；讨论了第二准直器的尺寸和发散，以及使用第二准直器造成的强度损失；给出了在不同单色器反射面、起飞角、中子波长和第一准直器发散度的情况下样品处的中子注量率，以及多种组合情况下谱仪的分辨率曲线；对限束方孔的尺寸、距离样品远近对强度损失和测量中的影响做了深入研究。用α-Fe多晶样品的(211)晶面进行了模拟实验，得到的衍射峰半高宽以及拉应变和压应中国原子能科学研究院博士学位论文变作用下衍射峰移动的模拟结果都与解析方法的预期值符合得很好。 对高分辨粉末衍射谱仪的设计方案进行了模拟和优化研究，该谱仪主要用于材料的晶体结构和磁结构研究。通过模拟优化研究，对初步设计方案中的单色器和准直器参数作了必要的调整。研究表明，谱仪在高分辨模式和高强度模式下，样品处中子注量率分别达到8.4 x IJ和3 xlo了中子Cm一2·S一’以上，衍射峰最小半高宽分别为O，2450和0.355“，对应的△d/d分别为1.召x 10一又和2.3 xl()“。对谱仪的主要物理性能进行了全面的分析。
梁峰[3]2007年在《CARR中子散射工程中子导管模拟研究》文中研究说明作为依托中国先进研究堆(CARR)开展的中子散射工程中的子项目，目前的中子导管项目包括建造分束冷中子导管系统Cold Neutron Guide D(CNGD)以及其它两套普通冷中子导管系统。本文研究的重点内容是确定中子导管系统的最优化参数。除CNGD-B导管(小角谱仪用)系统的直导管部分考虑采用天然Ni作为内表面镀层外，其余导管系统将采用超镜镀层技术，以增强中子导管末端中子束流注量率。在确定导管系统参数时，需要保证导管的有效功能，即弯导管系统完成对中子束的过滤，提高中子束流品质；直导管系统实现中子束流的准直和均匀化。另一方面，还需研究最佳参数组合，在提高束流强度，增加可利用空间的同时降低导管系统的造价。本文首先详细考虑了等效中子导管理论，并使用解析计算确定模拟参数。之后，应用目前国际通用的基于M-C方法的VITEESS模拟计算程序对整个导管系统进行了模拟，得到3套导管系统数十组详细模拟数据。在充分考虑中子导管末端注量率、水平均匀性及角度发散要求的基础上，结合CARR工程实际情况，对各组导管参数方案进行了详细分析，确定出可以为将来各种中子散射谱仪配置方案提供稳定冷中子源的中子导管设计方案。为更贴近工程实际，还通过VB程序编写了可根据各组不同导管参数，计算包括分束导管在内的各类中子导管系统位置坐标的计算程序Neutron GuidePosition Simulation(NGPS)。该程序不仅可以使用等效理论进行导管方案的计算，还可以计算中子导管系统中任一导管单元的位置坐标，为将来的各种调整提供了理论依据。最后，使用NGPS程序，对挑选出的十余组CNGD导管系统的参数进行模拟，得到相应的不同坐标参数。结合之前的导管系统参数进行分析，最终挑选出关于3套中子导管系统的最佳参数，为CARR中子导管系统的设计安装提供理论参考。
李新喜, 王燕, 黄朝强, 陈波, 陈良[4]2009年在《中子导管的输运特性计算》文中研究说明为提高整台中子散射谱仪的性能,通常需要采用中子输运导管,中子导管类型的选用及性能优化对于谱仪理论设计非常重要。采用数值计算方法,对固定输入谱的聚焦中子输运导管和单道直中子导管进行了理论计算。结果表明:中子散射谱仪中中子导管的选用需要根据相应的谱仪分辨需求来选择导管类型,导管最佳长度的选择需要根据客观物理条件进行优化。计算结果可作为相关中子散射谱仪导管的选用及优化设计的理论依据。
郭立平, 杨同华, 王洪立, 成之绪[5]2002年在《CARR堆冷中子导管的模拟和优化设计》文中研究指明应用蒙特卡罗模拟技术对中国先进研究堆两条冷中子导管的设计方案进行了模拟和优化研究。 对于特征波长为0.2 nm的冷中子导管中CNG1,研究了堆内导管、弯导管和直导管分别使用~(58)Ni和超镜作镀膜材料的不同设计方案,表明超镜导管不仅可以提高中子特别是短波中子的传输效率
黄朝强, 宋建明, 李新喜, 夏庆中, 陈波[6]2008年在《冷中子导管模拟和参数优化计算》文中研究指明根据冷中子源及后续中子导管的布局参数,采用蒙特卡罗方法模拟计算了冷中子导管C3出口处中子束均匀性、准直性及注量率等数据。优化表明:a)冷源与后续导管入口间距离应尽可能短;b)中子注量率及发散度均随导管超镜因子m值增大,m值由1.5增至3.0,其Y方向发散度增大24%,注量率提高61%;c)垂直于导管弯曲面方向的发散可以用高斯分布来描述,而导管偏转方向则呈条纹状发散;d)在m=1.5、冷源与堆内导管入口距离为2.29m情况下,束流垂直发散宽度为0.86°,中子注量率为2.44×107cm–2·s–1。
陈华[7]2009年在《中子衍射应力分析谱仪的模拟与优化》文中进行了进一步梳理本文选择国际上广泛使用的通用中子散射谱仪模拟软件McStas作为模拟研究工具,对中子衍射应力分析谱仪的整体及各部件包括导管、单色器、准直系统、限束孔进行了较为全面的模拟和优化研究。首先考察了导管与水平孔道出口距离、长度、截面尺寸及临界角增大因子对出口中子强度、发散度、能谱、均匀性的影响。比较发现,经过水平孔道后中子注量率下降为源处的24.3%、导管末端下降为6.7%。同时对单色器部件进行了模拟优化:计算Cu(110)垂直聚焦单色器相对平板单色器获得的注量率增益;计算得到给定条件下单色器最佳单晶条数和镶嵌度;考察聚焦曲率半径对中子注量率的影响;计算Cu各个晶面在不同起飞角下样品处的中子注量率;对Cu、Ge和热解石墨常用晶体单色器比较发现,PG(004)获得的中子注量率最大,而Cu(222)获得的波长分辨率最佳。论文还分别考察了第一、第二准直器不同水平发散度对样品处中子注量率、波长分辨率的影响;针对标准α-Fe多晶样品,考察准直系统对无应变(211)衍射峰强度及半高宽的影响,得到最佳分辨、最大强度、最优平衡对应的叁种设置。此外,模拟还证实了“赝偏移”现象的存在,建议测量应力前测量样品无应变时衍射峰的实际位置。对限束孔的模拟结果表明,离样品150mm处中子束斑垂直方向发散严重而水平方向发散不明显。最后使用Vitess软件,对同一套中子衍射应力分析谱仪样品处中子注量率进行模拟计算,并与McStas结果比较。以上研究结果为中子衍射应力分析谱仪的建设提供了参考数据,对中子衍射应力分析技术的发展有一定价值。
王洪立, 张莉, 郭立平, 杨同华, 赵志祥[8]2004年在《弯曲中子导管传输效率研究》文中指出应用蒙特卡罗模拟程序NGT2002,从特征波长、镀层反射率、镀层材料、几何调整误差、导管间隙、导管制造几何误差等几个方面研究了弯曲中子导管的传输效率。计算出分别由天然Ni、超镜组成的弯曲中子导管的传输效率曲线,讨论了弯导管特征波长的选取方法,确定了镀层反射率取值、导管水平几何调整误差限度、导管间隙优化值、导管制造宽度几何误差的限度。
吴永荣[9]2007年在《中子超反射镜设计方法研究》文中认为中子检测技术的飞速发展和广泛应用，使得人们对入射到样品表面中子强度的要求越来越高，中子多层膜光学元件是提高中子使用率的有效手段之一。用非周期的多层膜代替单层Ni膜作为中子导管的内镀层可以将反射临界角增加到Ni的全反射临界角的m倍，从而将导管内的中子通量提高到原来的m~2倍，大大提高了中子的使用效率。因此开展基于非周期结构的中子超反射镜的研究具有非常重要的科学和技术意义。性能优越的中子超反射镜不仅要求具有较大的反射临界角度，还要在整个工作区域内具有比较高的反射率。而要制作出具有高反射率的中子超反射镜，就要求其结构中具有尽可能少的膜对数。本文从这两个目标出发，开展了中子超反射镜设计方法的研究。 基于中子与物质相互作用的机理，考虑到实际应用的低能中子的特性以及中子的波粒二相性，从量子力学的角度出发，得出了物质的散射长度和吸收截面与材料对中子的折射率之间的关系。计算了典型材料的中子光学常数；用矩阵法实现了理想中子多层膜元件反射率的计算。基于非理想多层膜的结构模型，讨论了非理想中子超反射镜的工作原理，实现了中子超反射镜性能的精确模拟计算。 综合考虑中子的散射长度密度和吸收截面的作用，设计了一种中子多层膜膜层材料的选择方法。使用该种方法，可以直观、准确的实现在所有物质范围内选择中子多层膜膜层材料。本文分别讨论了叁种典型的中子超反射镜的设计方法，并分别给出了相应的超反射镜的设计结构。在理想多层膜条件下，分析了算法中关键参数的作用，并在具体设计要求的基础上，对其进行了优化。计算结果证明，参数优化后的设计方法得到的m=2和m=3的中子超反射镜结构中，具有更少的膜对数，便于制备。通过对相同指标条件下设计的中子超反射镜结构的比较，可以确定基于实际膜层结构的Real-structure Design方法可以设计出最为简单的和易于制备的中子超反射镜结构。另外，这种方法还可以部分的弥补因为多层膜的表界面粗糙度而造成的反射率损失，可以证明该方法是一种比较优越的中子超反射镜设计方法。 针对多层膜的实际结构和制作过程，分别讨论了材料对中子的吸收作用、
李新喜, 王燕, 黄朝强, 陈波[10]2009年在《中子反射谱仪的闸门与会聚导管组合设计》文中认为为提高水平散射几何中子反射谱仪的前端束流特性,针对前端闸门与会聚中子导管的组合设计进行了优化计算。根据闸门通道截面、会聚导管入、出口截面及相应内表面超镜因子不同分成多组,采用数值方法对多个组合设计进行优化计算。结合水平散射几何中子反射谱仪的客观需求进行比较分析,选取比较理想的组合。计算结果表明:会聚导管的最佳组合是采用水平面会聚,垂直面不会聚,而闸门内表面超镜因子选为2,会聚导管水平面超镜因子为3,垂直面超镜因子为2。通过多组比较分析,获得了水平散射几何中子反射谱仪的前端闸门与会聚导管的相关物理参数的优化组合,为谱仪的概念设计奠定了基础。
参考文献：
[1]. 中子导管的设计和优化[D]. 王洪立. 中国原子能科学研究院. 2004
[2]. 中国先进研究堆中子散射谱仪的模拟和优化研究[D]. 郭立平. 中国原子能科学研究院. 2003
[3]. CARR中子散射工程中子导管模拟研究[D]. 梁峰. 中国原子能科学研究院. 2007
[4]. 中子导管的输运特性计算[J]. 李新喜, 王燕, 黄朝强, 陈波, 陈良. 核电子学与探测技术. 2009
[5]. CARR堆冷中子导管的模拟和优化设计[J]. 郭立平, 杨同华, 王洪立, 成之绪. 中国原子能科学研究院年报. 2002
[6]. 冷中子导管模拟和参数优化计算[J]. 黄朝强, 宋建明, 李新喜, 夏庆中, 陈波. 核技术. 2008
[7]. 中子衍射应力分析谱仪的模拟与优化[D]. 陈华. 中国工程物理研究院. 2009
[8]. 弯曲中子导管传输效率研究[J]. 王洪立, 张莉, 郭立平, 杨同华, 赵志祥. 原子能科学技术. 2004
[9]. 中子超反射镜设计方法研究[D]. 吴永荣. 同济大学. 2007
[10]. 中子反射谱仪的闸门与会聚导管组合设计[J]. 李新喜, 王燕, 黄朝强, 陈波. 光学精密工程. 2009