国内中子散射装置

 

中国散裂中子源

CSNS

 

中国先进研究堆

CARR

 

中国绵阳研究堆

CMRR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我国首台中子织构谱仪实现工业应用
 

  1217,我国首台中子织构谱仪——中子织构衍射仪在我院成功完成了我国自主研发的锆合金以及变压器用硅钢织构测量,测量结果证明:该台谱仪能够解决当前工程建设中面临的诸多实际问题,首次实现了中子散射技术在工业生产中的应用。 

  据中子散射研究室的织构谱仪负责人李眉娟博士介绍:我院的中子织构衍射仪主要性能指标--样品处中子通量位居国际同类谱仪前三,比对实验结果表明,我国织构衍射仪的实验数据质量达到国际先进水平,如图1所示。国际著名的中子织构衍射仪专家-德国的布罗克迈尔教授就国内首台中子织构衍射仪测量的织构实验数据,评价称“这是一个高质量的数据,测量结果非常振奋人心”。目前CARR堆织构谱仪已经在国内的核工业领域开展了锆合金织构测量,工业用变压器硅钢材料、镁铝复合材料等的织构测量分析,国内用户对CARR中子织构衍射仪的测量结果给出了高度评价。 

                                        

                            1 国际上不同织构衍射仪测得的锆-4合金织构极图 

                                         (上图:中国;中图:美国;下图:澳大利亚)  

   中子织构衍射仪是一台超级“显微镜”,可以描写多晶材料在制备、加工及服役等过程中晶粒在某些方向形成的择优排列程度,它可开展模拟实际工况下的织构测量,研究服役性能,为材料的服役性能及高性能材料的研发提供实验依据。经过中子织构衍射仪的准确测量,可以知道材料的织构情况,进而通过不同工艺对织构进行调整控制,从而要得到所需要的性能,进一步挖掘材料的潜力,这无论是对于已有的或者新型的材料都非常必要。可以应用于和我们日常生活息息相关的口杯、脸盆、易拉罐等筒形物品制造材料的研制,以及汽车的外壳钢板等各种工业领域材料的研究。 

   国外自上世纪五十年代起,已逐渐将中子衍射技术应用到各种工业、航空航天、考古及地质等领域材料的织构研究中,帮助解决了许多实际领域的重大问题。我国以前没有中子织构测试平台,这种情况在一定程度上制约了很多重要材料国产化的进程。20128月,我国首台中子织构谱仪在原子能院建成,原子能院中子织构研究小组自主设计和研制了谱仪的关键部件,研发了中子织构自动化测控软件。 

  国内首台中子织构衍射仪的成功建造并投入使用,为国内材料织构的研究提供了一个全新的实验手段,并且开辟了一个重要的研究领域。这台谱仪也为我国工业、军用、航空航天及其它材料研究和民用领域等国家重大需求提供了先进的测量方法和实验支撑手段,对今后材料的合理、充分使用以及军用和民用新材料的开发具有重大应用价值。 

     中国先进研究堆CARR

  中国先进研究堆(CARR)位于中国原子能科学研究院内,工程建筑面积约18000m2,占地面积约2.3公顷,是由反应堆及其相关辅助系统和实验设施组成的大型核科学工程,中国原子能科学研究院负责该工程的设计、建造和营运。从堆型选择到反应堆主工艺设计和调试,全部由中国原子能科学研究院承担。厂房及辅助工艺由核工业第四研究设计院设计,土建和安装由核工业二四建设公司、二三建设公司承担。反应堆主要设备的研制,是由CARR工程部组织国内相关厂家共同技术攻关完成。

  CARR无论从中子注量率水平还是研究堆的品质因子看,在国际上处于前7名位置。亚洲的主要研究堆中,CARR的中子注量水平是最高的。CARR采用紧缩堆芯反中子阱型核设计概念和使用UxSix-Al弥散型新型燃料元件, 最后选定堆型为稍加压轻水冷却和慢化、重水反射的反中子阱型池内桶式结构(图l);主要设计参数见表1。

  CARR堆功率60MW,其堆型对于获得中子能谱的空间分离,在重水反射层中获得较高的热中子注量率水平以及大的中子可利用空间等方面独具特色。考 虑到当今研究堆燃料低浓化的要求,CARR选用235U富集度为20%、芯体含铀密度为4.3克/立方厘米的U3Si2-Al弥散体作燃料芯体, 铝作包壳的平板型燃料组件。在重水反射层内最大热中子注童率能达到,品质因子()能达的水平, 已属世界研究堆参数的先进行列。 

  CARR堆于2012年3月13日完成满功率稳定运行72小时,2012年8月21日至25日,CARR堆中子散射科学平台“一期”7台谱仪成功完成带束热调试。

   

  如图,高压粉末谱仪,原子能院自主设计建造的高分辨粉末谱仪,残余应力谱仪,与德国合作的织构、四圆和三轴谱仪,与中科院化学所合作的反射和小角谱仪已经建成。中子照相谱仪,与中科院物理所合作的三轴谱仪,冷中子三轴谱仪和广谱谱仪已经得到国家的项目支持,正在建设中。其他几台谱仪目前正在规划建设中。