中子束过滤器过滤性能测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及中子束过滤器过滤性能测量装置及方法，属于中子束过滤器测量 领域。
【背景技术】
[0002] 反应堆和加速器提供的慢中子通常都具有连续的能谱，这种中子源称为白光中子 源。很多核物理实验（例如中子散射实验）需要的是波长为λ，展宽为△λ(FWHM)的单 色中子束。由白光中子源获取单色中子束最常用的方法是使用晶体单色器（如热解石墨、 锗、硅、铜、铍、铁及Heusler晶体等）。利用Bragg反射获得的单色中子束除含有波长为λ 的初级中子外，还常含有波长为λ/2、λ/3甚至λ/4的高次谐波中子，污染波长为λ的单 色中子束。消除高次谐波有效的方法是在单色器入射束上或者出射束上加中子束过滤器。 好的中子束过滤器初级中子透过率高，高次谐波中子透过率低。未加过滤器，初级中子及高 次谐波中子的积分强度分别为Ii、12、13···. . .Ιη;加了过滤器，初级中子及高次谐波中子的 积分强度分别为1/、I/…...V;可月
表征过滤器过 滤中子单色器高次谐波过滤性能，称为品质因子，这个值越大表示过滤性能越好。中子束过 滤器过滤性能前人的测量方法归纳起来有三种。一是中子粉末衍射法，使用结构简单的材 料如硅等的粉末样品在加过滤器前后分别测量其中子粉末衍射谱，通过解谱和修正获得加 过滤器前后初级中子及高次谐波中子的积分强度。这种方法的缺点是有时不同波长不同晶 面对应的多个衍射峰会重叠在一起分离难度大引入的误差也大，还有就是不同Bragg衍射 角德拜锥面修正也会引入误差。此外，衍射强度与中子波长的三次幂成正比，强度低的短 波长高次谐波中子经过粉末样品衍射后衍射强度有可能衰减太多而被环境本底淹没。二是 测量非弹性非相干散射谱的效应本底比，比较加过滤器前后效应本底比变化结合透射率推 断中子束过滤器过滤性能。这种方法非常粗略，误差大，效应本底比没有扣除环境本底，透 射率不能区分不同波长的差异。三是晶体反射法，如图1所示，加载晶体分析器通过旋转晶 体分析器改变Bragg衍射角分别选出λ/2、λ/3…λ/η的中子，加过滤器前后分别测量积 分计数率，由此可计算出某个特定波长高次谐波中子的透射率。这种方法的缺点是需改变 Bragg衍射角多次测量，选出λ/η波长中子时也选出了λ/(kn)波长中子（k彡2，k为整 数）引入了测量误差。此外，由于不同波长不同Bragg衍射角下晶体分析器的反射率不同， 因此无法横向对比加过滤器前后初级中子及高次谐波中子绝对强度。
【发明内容】
[0003] 由于中子束过滤器过滤性能前人的测量方法有误差大、数据处理复杂及测量过程 复杂等缺点，飞行时间方法非常适用于中子能量/波长分布的测量与分析，本发明针对前 人测量方法上存在的问题提出飞行时间法测量中子束过滤器过滤中子单色器高次谐波过 滤性能。
[0004] 具体地，本发明提供一种中子束过滤器过滤性能测量装置，所述测量装置包括反 应堆，中子传输孔道，中子单色器，飞行时间装置，偏转单色器，旋转台，待测中子束过滤 器；
[0005] 所述中子传输孔道的一端安装在反应堆出口，所述中子传输孔道的另一端放置中 子单色器；偏转单色器的平板垂直放置固定于旋转台的中心，并一起置于中子单色器的出 射束方向，旋转台的旋转中心位于所述出射束的中心线上；所述飞行时间装置位于正对偏 转单色器的偏转束位置；
[0006] 待测中子束过滤器位于中子单色器与偏转单色器之间并垂直所述出射束。
[0007] 进一步地，如上所述的中子束过滤器过滤性能测量装置，所述飞行时间装置包括 顺序排列的镉缝，斩波器，飞行管，探测器。
[0008] 进一步地，如上所述的中子束过滤器过滤性能测量装置，所述中子传输孔道是冷 中子导管或真空腔，所述探测器是散烁体探测器。
[0009] 本发明还提供一种使用如上装置的中子束过滤器过滤性能测量方法，所述方法包 括以下步骤：
[0010] (1)选择偏转单色器；
[0011] ⑵调出偏转束；
[0012] (3)飞行时间装置对中；
[0013] (4)测量飞行时间谱；
[0014] (5)计算透过率；
[0015] (6)计算偏转单色器的反射率；
[0016] (7)计算品质因子。
[0017] 进一步地，如上所述的中子单色器高次谐波的测量方法，所述步骤（1)具体过程 如下：偏转单色器的材质与待测中子单色器相同，厚度大于或等于待测中子单色器；偏转 单色器的偏转晶面与待测中子单色器的反射晶面的米勒指数（hkl)相同；偏转单色器的嵌 镶分布半高宽为，待测单色器的嵌镶分布半高宽为多3β;使用X射线衍射仪 测量偏转单色器的摇动曲线，获得所述嵌镶分布半高宽。
[0018] 进一步地，如上所述的中子单色器高次谐波的测量方法，所述步骤（2)和步骤（3) 的具体过程如下：
[0019] 转动旋转台将偏转单色器平板平面调至与待测中子单色器平板平面平行；将一维 中子线探测器置于正对偏转束位置，打开位于待测中子束过滤器前中子飞行路径上的屏蔽 门放出中子束，转动旋转台在初始位置附近步进扫描，微调线探测器位置，确保偏转束照射 到线探测器中心区，记录每个角度下线探测器积分计数率；将旋转台旋转至线探测器积分 计数率最大的角度；关闭屏蔽门，移走线探测器，将飞行时间装置置于正对偏转束位置；打 开屏蔽门放出中子束，微调飞行时间装置位置，使用手持式中子示踪仪监测偏转束，确保镉 缝位于偏转束束斑区，透过镉缝的中子束照射到飞行时间装置散烁体探测器的中心区。
[0020] 进一步地，如上所述的中子单色器高次谐波的测量方法，所述步骤（4)、（5)的具 体过程如下：
[0021] 启动飞行时间装置测量加过滤器前后中子飞行时间谱，获得飞行时间谱后进行后 续数据处理，先是起始时间偏移修正，继而将飞行时间谱转换为波长分布谱，最后根据散烁 体探测器的探测效率随波长变化曲线修正探测效率，获得测量结果；加过滤器前，初级中子λ及高次谐波中子λ/2、λ/3……人/11的积分强度分别为11、12、1 3-"...1";加过滤器后， 变为1'i、I' 2、Ι' 3···...Ι'η;则初级中子λ及高次谐波中子λ/2、λ/3……λ/η的 透过率分别为 1'ι/%、1' 2/Ι2、Ι' 3/Ι3······Ι'η/Ιη。
[0022] 进一步地，如上所述的中子单色器高次谐波的测量方法，所述步骤（6)、（7)的具 体过程如下：
[0023] 使用Ν0Ρ等开放软件，输入偏转单色器的偏转晶面米勒指数德拜温度、中 子波长λ/n、嵌镶分布半高宽β'及晶体厚度等参数，计算出初级中子及高次谐波中子衍 射峰积分强度m··. . .kn，用kn表征（m)晶面反射波长λ/n中子的反射率，则品质 ηηη 因子可表达关
[0024] 再者，本发明还提供一种使用如上装置的中子束过滤器过滤性能测量方法，所述 方法包括以下步骤：
[0025] (1)飞行时间装置对中：将飞行时间装置放置于正对出射束位置，打开位于待测 中子束过滤器前中子飞行路径上的屏蔽门放出中子束，微调飞行时间装置位置，使用手持 式中子示踪仪监测出射束，确保镉缝位于出射束束斑区，透过镉缝的中子束照射到飞行时 间装置散烁体探测器的中心区；
[0026] (2)飞行时间谱测量及数据处理，计算初级中子及高次谐波中子的透过率及品 质因子：启动飞行时间装置测量加过滤器前后中子飞行时间谱，获得飞行时间谱后进行 后续数据处理，先是起始时间偏移修正，继而将飞行时间谱转换为波长分布谱，最后根据 散烁体探测器的探测效率随波长变化曲线修正探测效率，获得测量结果；加过滤器前， 初级中子λ及高次谐波中子λ/2、λ/3……λ/η的积分强度分别为L、12、Ι3~...Ιη; 加过滤器后，变为P2、Ρ3···...Ρη;则初级中子λ及高次谐波中子λ/2、 入/3……λ/η的透过率分别为1' /1^1' 2/Ι2、Ι' 3/Ι3···...Ι' "/1";品质因子
[0027] 飞行时间方法非常适用于中子能量/波长分布的测量与分析，通过飞行时间谱测 量可同时获得并区分初级中子λ及高次谐波中子λ/2、λ/3……λ/η的积分强度，非常快 速和直观，并极大地减小了测量误差，尤其是出射束方向飞行时间法测量误差可以忽略。
【附图说明】
[0028] 图1为现有技术中晶体反射法不意图。
[0029] 图2为本发明出射束方向飞行时间法的装置示意图。
[0030] 图3为本发明出射束方向飞行时间法的流程图。
[0031] 图4为本发明偏转束方向飞行时间法的装置示意图。
[0032] 图5为本发明偏转束方向飞行时间法的流程图。
[0033] 图6为偏转束方向飞行时间法测量结果示意图。
[0034] 图7Be过滤器过滤石墨单色器高次谐波飞行时间法测量结果示意图。
[0035] 附图标记：反应堆1，中子传输孔道2,中子单色器3,镉缝4,斩波器5,飞行管6,探 测器7,飞行时间装置8,中子束过滤器9,偏转单色器10,旋转台11。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0037] 若中子单