散裂中子源项目进展
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CSNS工程的总体设计指标
束流功率 (kW) 100
脉冲重复频率 (Hz) 25
平均流强 (mA) 63
束流能量 (GeV) 1.6
最高中子效率 (n/proton/sr)
5×10-3
– 自工程竣工验收后三年内达到工程总体技术指标
谱仪数目 3
CSNS工程的验收指标
束流功率 (kW) 10
脉冲重复频率 (Hz) 25
CSNS可研报告评审
中国散裂中子源靶站谱仪 介绍
陈元柏 2010年8月
散裂源项目的基本情况 靶站设计 谱仪的设计 散裂源的其它应用
Page 2
中子源的发展
反应堆
散裂中子源
JSNS
CSNS
CARR
热 中 子 通 量
Biblioteka Baidu
年份
Page 3
中子散射与同步辐射功能互补：水、氧、磁性结构
电子、X-线、激光散射
Page 17
活退化耦合分窄析化液氢慢化
器(DPHM) 退耦合水慢化器(DWM) Be 反射体 耦合氢慢化器(CHM) Fe 反射体
靶-慢化器-反射体组件(TMR)
Page 18
靶体系统（水平更换）
关键的核心部件
靶体支撑架 靶体
前屏蔽体 中屏蔽体
后屏蔽体
末端台阶
膨胀密封结构
车体底板 导轨基座
锁紧装置 驱动装置
平均流强 (mA) 6.3
束流能量 (GeV) 1.6
最高中子效率 (n/proton/sr)
5×10-3
最高中子通量 (n/cm2 /s@14m)
105
谱仪 数目
3
升级预留： 200-500kW 质子束流功率
Page 7
建设内容
项目建设内容主要包括一台强流质子直线加速器、一台快循环同步加速器 （RCS）、一个靶站、3台中子谱仪，以及与其配套的建筑物、供水、供电、 空调、辐射防护等设施。
• CSNS靶站为中子散射谱仪提 供了20条中子孔道。
• 一期设计为100KW，保留升 级到500KW的能力－屏蔽， 低温和水冷却等系统
Page 12
靶站设计指标
束流功率[kW] 质子束能量 [GeV] 平均束流强度 [mA] 脉冲重复频率 [Hz]
靶 慢化器 反射体 屏蔽体 中子束道
100 1.6 63 25 钨靶，钽包覆，重水冷却 水 (300K), 耦合液氢(20K)，退耦合液氢（20k） Be/Fe (Φ 700/1000X1000mm) 5m 铁+ 1m 重混凝土 20 条中子束道，垂直 shutter, 内置中子导管
• 热量沉积高：～180 MeV，g射线本底较高
美国散裂中子源谱仪(IPNS-GPPD)
• 有利于精确测量原子级近邻的细微变化
• 有利于原子的高能激发，如晶格高能振动、氢 原子扩散等动态过程研究
• 脉冲型，有时间结构，适合同时测量大范围的 动量、能量变化，全面反应物质的结构和动态 信息
• 热量沉积：20～45 MeV，g射线本地较低
Page 13
靶站系统组成
• 靶及冷却系统：含靶体、重水冷却系统、轨道维护车
• 慢化器及低温系统：含水慢化器、液氢慢化器及其低温和 冷却系统
• 反射体及冷却系统：含铍反射体、重水冷却系统、反射体 结构
• 氦容器系统：不锈钢容器，质子束窗和中子窗口
• 屏蔽体系统：（含Shutter）含屏蔽体、18个中子束流孔 道及其开关装置
直线加速器
快循环同步加速器
靶站 谱仪
Page 88
项目定位
我国科技创新领域必不可少的重大基础设施 – 与同步辐射光源（如上海、北京和合肥光源）及反应堆功能互补， 以其独特性能服务于生命、环境、材料、医药、物理、化学等学 科及工业界。 – 国内首座基于强流质子加速器的高科技大装置平台，其建设将填 补国内脉冲中子应用领域空白，缩短该领域与世界前沿的30年差 距，长期满足国内需求。
～1000原子尺度
10～100原子尺度
＋
单个原子尺度
Page 5
中子散射的应用
过去40年，每经过10年中子散射的应用领域就会增加几倍。ISIS在80年代中 期建成时，每年用户只有300个，现在已经达到每年1500个用户。
Page 6
设计指标、验收指标、工程指标、升级预留
设计指标：100kW 质子束流功率
世界新一代四大脉冲散裂中子源之一，具国际竞争力 – 脉冲中子通量为2×1016/cm2s，仅次于美国SNS和日本J-PARC， 超过英国ISIS。 – 领先韩国、德国、印度、北欧及西班牙等筹建项目
装置的科学寿命预计为30年，可以升级改造到500KW。
Page 9
装置选址
广东省东莞市大朗镇 北临常虎高速，与松山
电磁作用 散射距离约10-10米
对重原子更敏感 通量大
中子散射
核-核作用 散射距离约10-15米 对轻、重原子皆敏感
对同位素敏感 高穿透性
对氢、碳、氮等敏感 带磁矩、自旋
同步辐射测定其晶体结构骨架，与蛋白结合 的水分子位置由中子衍射测定
高温超导体YBCO123相的晶体结 构，由同步辐射确定，而氧的 位置和占有率由中子散射最终
确定（橙色部分）。
Page 4
散射源与反应堆功能互补：液体，玻璃，非晶态和纳米材料
法国反应堆中子源谱仪(ILL-D4)
• 有利于研究大的尺度范围内的结构和动态
• 有利于研究物质中低能激发的超高精度的测量 ，如软物质中的相互作用等
• 连续型，通常须单色化，只利用其中某一个波 长的中子，适合对某一特定的动、能量点附近 的结构和动态信息作局部精细测量
湖科技产业园区隔路相 望，东、西、南三面为 为丘陵
距广九、广梅汕铁路交
汇点的常平火车站7公里
距广州白云机场85公里 距深圳宝安机场46公里
Page 1100
工程进展汇报
散裂中子源园区规划设计方案已基本确定，广东省建筑设计院正
在进行建筑方案设计。
Page 11
靶站的设计
• 靶站：加速器加速的高能质 子脉冲入射重金属靶体，通 过散裂效应产生大量中子， 并用慢化器将其慢化成适合 中子散射用的慢中子脉冲的 设施。
• 遥控维护和后处理系统：遥控热室、三废处置，辐射防护
• 控制系统：靶站控制
• 通用系统：水电气，通风，冷却水，真空，氦气系统等
Page 14
靶站谱仪大厅
Page 15
Shutter驱动 Shutter
氦容器
屏 蔽 体
屏
质子束流
蔽
体
靶-慢化器-反射体组件 （TMR）
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屏蔽体
设计基准： 人员可以 到达的区 域辐射剂 量不大于 2.5μSv/h。
束流功率 (kW) 100
脉冲重复频率 (Hz) 25
平均流强 (mA) 63
束流能量 (GeV) 1.6
最高中子效率 (n/proton/sr)
5×10-3
– 自工程竣工验收后三年内达到工程总体技术指标
谱仪数目 3
CSNS工程的验收指标
束流功率 (kW) 10
脉冲重复频率 (Hz) 25
CSNS可研报告评审
中国散裂中子源靶站谱仪 介绍
陈元柏 2010年8月
散裂源项目的基本情况 靶站设计 谱仪的设计 散裂源的其它应用
Page 2
中子源的发展
反应堆
散裂中子源
JSNS
CSNS
CARR
热 中 子 通 量
Biblioteka Baidu
年份
Page 3
中子散射与同步辐射功能互补：水、氧、磁性结构
电子、X-线、激光散射
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活退化耦合分窄析化液氢慢化
器(DPHM) 退耦合水慢化器(DWM) Be 反射体 耦合氢慢化器(CHM) Fe 反射体
靶-慢化器-反射体组件(TMR)
Page 18
靶体系统（水平更换）
关键的核心部件
靶体支撑架 靶体
前屏蔽体 中屏蔽体
后屏蔽体
末端台阶
膨胀密封结构
车体底板 导轨基座
锁紧装置 驱动装置
平均流强 (mA) 6.3
束流能量 (GeV) 1.6
最高中子效率 (n/proton/sr)
5×10-3
最高中子通量 (n/cm2 /s@14m)
105
谱仪 数目
3
升级预留： 200-500kW 质子束流功率
Page 7
建设内容
项目建设内容主要包括一台强流质子直线加速器、一台快循环同步加速器 （RCS）、一个靶站、3台中子谱仪，以及与其配套的建筑物、供水、供电、 空调、辐射防护等设施。
• CSNS靶站为中子散射谱仪提 供了20条中子孔道。
• 一期设计为100KW，保留升 级到500KW的能力－屏蔽， 低温和水冷却等系统
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靶站设计指标
束流功率[kW] 质子束能量 [GeV] 平均束流强度 [mA] 脉冲重复频率 [Hz]
靶 慢化器 反射体 屏蔽体 中子束道
100 1.6 63 25 钨靶，钽包覆，重水冷却 水 (300K), 耦合液氢(20K)，退耦合液氢（20k） Be/Fe (Φ 700/1000X1000mm) 5m 铁+ 1m 重混凝土 20 条中子束道，垂直 shutter, 内置中子导管
• 热量沉积高：～180 MeV，g射线本底较高
美国散裂中子源谱仪(IPNS-GPPD)
• 有利于精确测量原子级近邻的细微变化
• 有利于原子的高能激发，如晶格高能振动、氢 原子扩散等动态过程研究
• 脉冲型，有时间结构，适合同时测量大范围的 动量、能量变化，全面反应物质的结构和动态 信息
• 热量沉积：20～45 MeV，g射线本地较低
Page 13
靶站系统组成
• 靶及冷却系统：含靶体、重水冷却系统、轨道维护车
• 慢化器及低温系统：含水慢化器、液氢慢化器及其低温和 冷却系统
• 反射体及冷却系统：含铍反射体、重水冷却系统、反射体 结构
• 氦容器系统：不锈钢容器，质子束窗和中子窗口
• 屏蔽体系统：（含Shutter）含屏蔽体、18个中子束流孔 道及其开关装置
直线加速器
快循环同步加速器
靶站 谱仪
Page 88
项目定位
我国科技创新领域必不可少的重大基础设施 – 与同步辐射光源（如上海、北京和合肥光源）及反应堆功能互补， 以其独特性能服务于生命、环境、材料、医药、物理、化学等学 科及工业界。 – 国内首座基于强流质子加速器的高科技大装置平台，其建设将填 补国内脉冲中子应用领域空白，缩短该领域与世界前沿的30年差 距，长期满足国内需求。
～1000原子尺度
10～100原子尺度
＋
单个原子尺度
Page 5
中子散射的应用
过去40年，每经过10年中子散射的应用领域就会增加几倍。ISIS在80年代中 期建成时，每年用户只有300个，现在已经达到每年1500个用户。
Page 6
设计指标、验收指标、工程指标、升级预留
设计指标：100kW 质子束流功率
世界新一代四大脉冲散裂中子源之一，具国际竞争力 – 脉冲中子通量为2×1016/cm2s，仅次于美国SNS和日本J-PARC， 超过英国ISIS。 – 领先韩国、德国、印度、北欧及西班牙等筹建项目
装置的科学寿命预计为30年，可以升级改造到500KW。
Page 9
装置选址
广东省东莞市大朗镇 北临常虎高速，与松山
电磁作用 散射距离约10-10米
对重原子更敏感 通量大
中子散射
核-核作用 散射距离约10-15米 对轻、重原子皆敏感
对同位素敏感 高穿透性
对氢、碳、氮等敏感 带磁矩、自旋
同步辐射测定其晶体结构骨架，与蛋白结合 的水分子位置由中子衍射测定
高温超导体YBCO123相的晶体结 构，由同步辐射确定，而氧的 位置和占有率由中子散射最终
确定（橙色部分）。
Page 4
散射源与反应堆功能互补：液体，玻璃，非晶态和纳米材料
法国反应堆中子源谱仪(ILL-D4)
• 有利于研究大的尺度范围内的结构和动态
• 有利于研究物质中低能激发的超高精度的测量 ，如软物质中的相互作用等
• 连续型，通常须单色化，只利用其中某一个波 长的中子，适合对某一特定的动、能量点附近 的结构和动态信息作局部精细测量
湖科技产业园区隔路相 望，东、西、南三面为 为丘陵
距广九、广梅汕铁路交
汇点的常平火车站7公里
距广州白云机场85公里 距深圳宝安机场46公里
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工程进展汇报
散裂中子源园区规划设计方案已基本确定，广东省建筑设计院正
在进行建筑方案设计。
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靶站的设计
• 靶站：加速器加速的高能质 子脉冲入射重金属靶体，通 过散裂效应产生大量中子， 并用慢化器将其慢化成适合 中子散射用的慢中子脉冲的 设施。
• 遥控维护和后处理系统：遥控热室、三废处置，辐射防护
• 控制系统：靶站控制
• 通用系统：水电气，通风，冷却水，真空，氦气系统等
Page 14
靶站谱仪大厅
Page 15
Shutter驱动 Shutter
氦容器
屏 蔽 体
屏
质子束流
蔽
体
靶-慢化器-反射体组件 （TMR）
Page 16
屏蔽体
设计基准： 人员可以 到达的区 域辐射剂 量不大于 2.5μSv/h。