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中子衍射简介优秀PPT
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β-Si3N4材料在2θ=153°测得的TOF中子粉末衍射谱， 衍射谱中的时间可以直接转换成面间距。
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11.3 中子衍射技术在材料科学中的应用
1、晶体结构测量典型实例
利用中子衍射研究MnO的磁结构，确定它在120K发 生反铁磁性转变机制。
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3、应力与织构测量
中子具有较高穿透能力，故中子衍射技术不仅可以测量 试样表面或近表面的应变状态，而且能够给出试样内部 应变分布信息。
根据这些应变值可确定宏观应力与微观应力。 中子衍射应力分析原理与X射线基本相同。 中子源强度较弱，一般中子的衍射体积应在10~30mm3
4、中子衍射可以测定磁性材料的磁织构。
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11.1 中子散射原理
中子散射或衍射的主要特点：
(1) 轻重元素对中子的散射本领的比率远大于X射线， 故中子衍射技术可以较易识别轻元素在晶胞中的占位。
(2) 中子有磁矩，因而是研究物质结构的理想工具。 (3) 中子有高的贯穿能力（可达几毫米至几十毫米），
故试样可以较大，使结果更富于统计性，并可探索材料 内某一局域的结构。
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2、磁结构的测量
中子入射到铁磁或反铁磁材料，除了受到通常原子 核产生的核散射外，还受到晶体中原子磁矩有序排 列导致的磁散射。
磁有序导致的中子磁散射，不仅使原有核散射产生 的布拉格衍射峰强度改变，而且出现了附加的超点 阵衍射峰。
引起这种超点阵衍射峰出现的晶体中原子的磁有序 排列称为磁超点阵。
中子衍射与X射线比较
C、中子主要与原子核发生作用，这种作用属于一种短 程交互作用，作用范围一般在万分之一波长尺度内。
离子束分析核反应分析 PPT
综述
核反应分析 利用特定得核
反应,测定反应 产物; 对轻元素有利
核反应分析原理
用带电粒子引起得核反应来进行材料得分析 工作,起始于上世纪五十年代后期,目前已发展成 为一种较为成熟得材料分析手段。特别对于轻元 素,不仅能给出元素含量,而且能给出元素得深度 分布。
入射粒子和靶和发生核反应得条件就是两者 得相对动能必须满足:
该方程可由能量守恒和动量守恒得出,详细推导请参见 《原子核物理》教材P197和P200。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
核反应分析原理
2、 核反应得产额:
• 定义: 入射粒子在靶中引起得核反应数与入射粒子数之比。 即一个入射粒子在靶中引起核反应得几率称为核反应得产 额
• 产额与截面得关系:截面大产额高。她们得不同之处在于, 截面仅仅与反应本身有关,而与靶得状态无关,即靶核得多 少,截面都相同。产额除了与截面有关外,还与靶核得多少 及物理状态有关。在核反应分析方法中,为了能定量得测 量,产额就是一个很重要得量。
综述
实验方法 核反应分析实验中常采用能量在 0、5～5MeV得p+ 、d+、4He+等带电粒子。一般用金硅面垒型探测器探测核反应 产生得带电粒子,用Nal(Tl)晶体或Ge(Li) 探测器探测γ射线。分 析系统同电子计算机连接,可以实现数据自动处理。
分析方法 分绝对法和相对法。绝对法就是根据核反应产额 同截面、靶元素含量、入射离子数目、探测立体角等得关系, 利用已知得核反应截面计算。相对法就是比较在相同实验条 件下待测样品和标准样品得产额或能谱实现得。
标样:Ta2O5
实验条件:2MeV得d束,束斑为2mm
流强为:200-1000μA
中子束
绝对中子通量密度选用Au箔和Mn箔各两片，将其中1片放置在镉盒内、1片放置在铝盒内，在束流出口中心处 进行辐照，由测得的镉比和绝对活度可计算绝对通量密度，有：式中：D0为金探测箔的出堆活度；Fc为镉上中子 在镉内的衰减因子；RAu为金探测箔的镉比；RMn为锰探测箔的镉比；Nm为金探测箔总核子数；为金探测箔的热区 截面偏离1/v的修正g因子；为金与速度为2200m/s的中子的反σ0应截面，取98.8×10m；Gt为金探测箔本身的自 屏因子。
3）由能谱结果可看出：经石墨慢化层后，中子束流得到了充分慢化，热中子占总中子95%以上，快中子约占 1%，可作为BNCT的中子源。能谱计算值在较高能量段误差较大，是由于快中子通量密度较小引起的，可选用更多 种类的探测看
3.中子能谱测量
用MCNP计算了出口处37群、172群和642群的中子能谱，最终选取642群的中子能谱作为输入谱。在中心位置 处不同通量条件下辐照各金属活化箔，并用高纯锗探头测量各箔以In为例，测量活度为4.1×10Bq，由冷却时间 和照射时间得到出堆饱和活度为6.78×10Bq，再由质量计算得到核子数为3.63×10，则单核饱和活度为 1.87×10Bq，换算到满功率时的单核饱和活度为3.73×10Bq。将 MCNP计算谱作为SAND－方法的输入谱进行解谱。
线监测器
电子学系统设计
探测器简介
测试结果
GEM膜是在厚50μm的聚酰亚胺（kapton）膜的上、下表面各敷厚5μm的铜层，并在其上蚀刻直径为70μm， 布局呈三角形，各孔中心距为140μm微孔的一种复合膜。微孔内部形状为双圆锥形，GEM膜有效面积为 100mm×100mm。漂移极采用200μm的铝箔拉伸粘框而成，由中核（北京）核仪器厂采用电泳的方法在其下表面涂 上一层质量厚度约为1mg/cm的浓缩硼（硼－10丰度为92%），中子转换效率到达最大值约为5%，这样可以获得较 大的计数率，以便使用放射源进行性能测试。信号收集极采用印刷电路板制成的96路镀金pad（8mm×8mm）多路 独立引出。CEAN SY127多路高压电源为两级GEM膜以及漂移电极提供5路负高压。工作气体为Ar/CO2（70/30）， 采用一个大气压流气式供气。子计数情况，并最终通过中子飞行时间法来测量中子波长；PAS用于记录某一时间 间隔内每路Pad上的中子计数情况，通过二维位置测量得到中子束斑的形状。
电子束流能量测量
直线加速器电子束流能量的测量电子直线加速器最重要的束流参数是束流的能量、流强、能散度和发射度束流能量是影响电子直线加速器性能最重要的因素之一对于脉冲型电子直线加速器，电子束的能量测量方法通常有：磁偏转法、半价层法、射程法等一测量原理1.1磁偏转法能谱测量原理示意图磁偏转法通常用于测量电子束的能谱，进而得出电子束的能量E0。
磁偏转法测量电子束能谱的原理如上图所示：从加速器引出的电子垂直于磁场射，会受到洛伦兹力的作用而发生偏转，其偏转半径为R，磁场B 与偏转半径的关系为：其中，B 为磁场中的磁感应强度，e 为电子电量，R 为回旋半径，v 为电子运动速度。
考虑相对论效应，可以将上式写为：其中β=v/c，c 为光速，γ 为相对论因子，γ 与β 满足关系：电子的动能为：由上述几个公式可以求得电子能量E 与磁感应强度B的关系为：因此，对于已知磁场B，理论上只需要测出电子的回旋半径R，即可进一步算出电子的能量。
为提高测试精度，在电子进入磁分析器之前，需要对其进行准直。
通常采用带狭缝的石墨块，其厚度略大于电子在其中的射程；设准直缝距磁极边缘为L，此即分析器的物点O由于从加速器引出的电子能量具有一定的能散ΔE，因此，对于流强较大的电子束，常用的方法是采用扫描的工作方式，在位置J 处放置一个法拉第筒用于接收电子，使偏转半径为R 的电子能够被接收，通过改变磁场B 使不同能量的电子都被法拉第筒接收，得到一条B-I 曲线，由于B 与能量存在公式所示的定量关系，因此通常直接做出E-I 曲线，即能谱分布曲线，如下图所示的是一条能谱分布曲线，其中纵坐标表示归一化电流，横坐标为能量。
采用磁分析法得到的能谱分布曲线其中峰值处的横坐标值即对应电子束的能量E01.2 半价层法加速器加速电子打靶所产生的X 射线本质上是具有相当能量的电磁辐射光子，光子的能量近似等于入射电子的能量，因此可以通过测量光子能量的方法间接得到电子能量。
辐射光子流在物质中的衰减规律服从简单的指数关系如下：式中：I0、I 分别表示穿过物质前、后光子流强度；μ 是X 射线在该物质中的衰减系数；x 是物质层的厚度。
中子测井的物理基础公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
第十章 中子测井(Neutron log)
1.快中子旳减速过程 一种中子与一种原子核发生弹性散射旳几率称为微观弹性散射
截面δs，单位为巴（10-24cm2）。 1cm3物质旳原子核旳微观弹性散射截面之和叫宏观弹性散射
截面Σs。
一般能够利用宏观弹性散射截面来描述这个减速过程。
另外，还可用“减速长度Ls”来描述快中子变为热中子旳减 速过程。减速长度定义为由快中子减速成热中子所经过旳直线 距离旳平均值，单位为厘米。
第十章 中子测井(Neutron log)
中子与物质旳作用截面：
为了阐明中子经过物质时和原子核发生某种核反应旳几 率大小，引入了有效截面旳概念。 单个原子核以面积为σ旳圆形靶替代。 靶旳面积大小是这么选定旳，即当入射旳中子进入靶内时 ，就遭到碰撞而发生某种反应。 面积σ称为有效截面。 发生散射过程旳有效截面称为散射截面， 发生俘获过程旳有效截面称为俘获截面， 发生两种过程旳总有效截面称为全有效截面σ
第十章 中子测井(Neutron log)
单位体积物质旳有效截面为各个原子核有效截面旳总 和，称为宏观有效截面，用Σ表达：
n (cm1)
为了和宏观有效截面相区别，单个原子核旳有效截面(σ) 一般叫做微观有效截面。
第十章 中子测井(Neutron log)
中子吸收方程
dI I
ndx
dx
岩石中不同元素对中子产生弹性散射几率(散射截面)不同，H元素 弹性散射截面最大。不同元素减速能力不同，轻原子核对中子减速起 主要作用，尤其是氢原子核与H碰撞，减速成热中子过程最快，所以， 高含H岩石中，快中子将不久减速成热中子。
第十章 中子测井(Neutron log)
1.快中子旳减速过程
在减速过程中，中子与原子核正面碰撞一次可损失旳最大能量ΔE为
医院中子照射器中子束流出口处热中子注量率的测量
医院中子照射器中子束流出口处热中子注量率的测量彭旦;鲁谨;邹淑芸;李义国【期刊名称】《原子能科学技术》【年(卷),期】2013(000)008【摘要】医院中子照射器是基于微型反应堆而设计的专门用于硼中子俘获治疗（BNCT ）的核反应堆装置，其额定功率为30 kW。
在堆芯相对两侧分别设有一条热中子束流和超热中子束流用于病人照射，在热中子束流内引出一条实验用热中子束流，用于瞬发γ法测量病人血硼浓度。
本工作利用235 U裂变靶和白云母探测片测量了热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子绝对注量率。
结果显示，在30 kW额定功率运行时，热、超热和实验用热中子束流出口处的热中子注量率分别为1.67×109、2.44×107和3.03×106 cm-2· s-1。
以上结果达到了BNCT 设计要求，并能满足瞬发γ测量血硼浓度的要求。
【总页数】3页(P1368-1370)【作者】彭旦;鲁谨;邹淑芸;李义国【作者单位】中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京 102413;中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京 102413;中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京 102413;中国原子能科学研究院反应堆工程研究设计所，北京 102413【正文语种】中文【中图分类】TL375【相关文献】1.医院中子照射器Ⅰ型堆热中子束流孔道等效平面源的模拟计算 [J], 朱养妮;江新标;赵柱民;张良;周永茂2.医院中子照射器Ⅰ型堆超热中子束流孔道的优化设计 [J], 江新标;朱养妮;赵柱民;陈立新;周永茂3.IHNI-1中子束快中子注量率测量 [J], 王谷军;陈军;李春娟;宋明哲;张紫竹4.中国先进研究堆冷源尺寸对冷中子导管出口处中子注量率的影响 [J], 郭立平;杨同华;王洪立;成之绪;陈东风;赵志祥5.用阈探测器活化法测量50MeV/u重离子实验靶区的中子注量率、能谱和中子产额 [J], 李桂生;王经;赵彦森;李文健;张天梅;李宗强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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未进行弹道亏损修正
进行弹道亏损修正后
重建中子能量 vs. 重建θ角度
系统通道增益不一致性的修正
宇宙线校正增益不一致性原理图 Pad能谱的Landau拟合
重建宇宙线径迹的天顶角
GEM膜增益不一致性
电子学通道增益不一致性
探测器增益稳定性测量
扣除电子学通道不一致性后, 由之前电子学标定实验给出通 GEM膜增益不一致性(σ)：9.5% 道之间的不一致性(σ) ：6.8%
能量沉积 vs. 重建θ角度 (2.5MeV)
能量沉积 vs. 重建θ角度 (5MeV)
弹道亏损的修正
修正端部效应事例
总结
• nTPC在401计量与校准技术实验室进行了快中子束流的测试，测量了 1.2MeV、1.81MeV、2.5MeV和5MeV的中子能谱。
• 经过初步分析，通过截断反冲质子的散射角（<30°），nTPC对1.2MeV、 1.81MeV和2.5MeV中子的能量分辨率（FWHM）在10%~15%之间，后续通 过对数据分析算法进行优化可以进一步提高能量分辨率。
增益的晃动：1.1%(4天)
本底的抑制与事例的筛选
粒子径迹长度 vs. 能量沉积
γ本底事例
Table.2 Analysis of background particles
本底粒子种类
粒子来源
甄别方法
1H 4He 6C, 18Ar e-
散射中子与气体碰撞 散射中子与漂移极(n,α)反应
中子与气体碰撞 γ光子与气体反应
起始位置
起始位置 γ事例
射程与能量
射程与能量
模拟结果 有效质子事例 端部效应质子
端部效应
质子径迹过长，部分 能量沉积在GEM膜上 表面，pad未能将质
子能量收集完全。
能量沉积 vs. 重建θ角度
重建中子能谱与能量刻度
重建中子能谱 能量沉积 vs. 重建θ角度
1.2MeV
Peak=22.8pC FWHM=15.2%
高能中子能量分辨率与模拟结果 存在较大偏差的可能原因：本底 干扰严重或是弹道亏损未校正好。
质子能展导 束流角度导 束流角度导致 中子能量分辨率（FWHM） 致中子能展 致中子能展 重建角度展宽 实验结果 模拟结果
~0.9%
~0.01%
15.2%
14.6%
~0.6%
~0.01%
12.2%
8.3%
~0.4%
工作气体 GEM电压
Ar-CH4(70:30) 350V
漂移电场
~200V/cm
电子学通道 DAQ参数
448 channels 25MHz, 12bit
读出pad分布图
准直器与屏蔽体
大厅散射中子本底模拟
入射中子能谱
20cm厚石蜡 屏蔽效果模拟
可以将nTPC对大厅散射中子的响 应事例率与准直入射中子相当
1.81MeV
Peak=30.3pC FWHM=12.2%
2.5MeV
Peak=39.7pC FWHM=16.0%
5MeV
Peak=80.95pC FWHM=29.6%
nTPC电荷响应 vs. 中子能量
质子能量
1.2MeV 1.81MeV 2.5MeV
中子能量分辨率的研究
Table.3 中子能量分辨率分析
内容提要
• 课题研究背景及意义 • nTPC简介与优势 • 中子束流实验目的与内容 • 中子束流实验装置 • 初步数据分析与实验结果
课题研究背景
在许多科学研究和工程应用中，需要中子能谱仪来精确测量快中子能谱，如 中子场参数的确定、热核聚变等离子体诊断等。
快中子能谱仪的应用领域： 核物理实验中核反应截面的测量 反应堆工作状态监控 散列中子源的性能标定 天文观测中特殊星体和物理机制的研究 国土安全领域特殊核材料的检测 中子辐射防护的设计 热核聚变等离子体诊断
• 5MeV中子反冲质子径迹较长，存在严重的端部效应，后续可以通过利 用质子径迹前端的能量沉积特征来修正质子的真实能量信息，由此获 得修正后的5MeV中子能谱。
谢谢各位老师同学！ 欢迎大家提问！
nTPC工作原理
图1 nTPC探测器结构图
•
相比传统中子能谱仪的优势
• nTPC工作气体同时也是中子-质子转换体，避免了使用转 换膜造成的能量歧离，有助于实现较高的能量分辨率；
• nTPC在中子入射方向上有很大的作用深度，同时整个端部 读出探测器的面积都是探测质子的灵敏区域，可以实现较 高的探测效率；
• 由于电子的dE/dx值明显低于质子的dE/dx值，可以据此 区分γ事例和中子事例，实现较高的n/γ抑制比。
中子束流实验的目的和内容
• 目的
– 对nTPC系统进行能量刻度； – 研究nTPC对快中子（1MeV~5MeV）测量的基本性能，包括能量分辨
率和探测效率等等。
• 内容
– 利用nTPC测量1.2MeV、1.81MeV、2.5MeV、5MeV的中子束流； – 中子束流由401剂量与校准技术实验室的加速器给出，其中1.2MeV、
出射中子能谱
准直器 屏蔽体
靶点
数据处理流程（初步分析）
质子信息重建：能量、角度重建 中子能量重建：En=Ep / cos2θ
①弹道亏损导
致信号脉宽增 大，幅度变小
参数修正
时间重心表征时间信息
能量沉积 vs. 重建角度
积分面积表征能量信息
重建中子能量 vs. 重建θ角度 ②模拟的电子 漂移速度与真 实值存在误差
~0.01%
16.0%
6.3%
中子能量分辨率优化 (2.5MeV) 分辨率可达~11.1%
后续研究工作
• 研究弹道亏损的校正方案，提高中子能量分辨率；
• 利用质子径迹前端的能量沉积特性校正5MeV中子实验数据，给出修正后的中 子能谱；
• 等待401计量所给出靶点中子产额的绝对强度，由此给出nTPC对不同中子能量 的探测效率。
1.81MeV、2.5MeV中子束流通过T(p,n)3He核反应产生；5MeV中子 束流由2H(d,n)3He核反应产生。
中子束流实验装置
水平监视器 DAQ
401计量与校准技术加速器束流大厅 靶点位置 束流管道
DAQ电源
CASA-GEM
nTPC
PE准直器 石蜡屏蔽体
中子束流实验装置
Table.1 nTPC系统工作参数