散裂中子源

A sofa, is an item of furniture designed to seat more than one person, and providing support for the back and arms.

Carpet is a textile floor of an upper layer attached to a backing.

Showcase is used to showcase things at home

基本情况

中国散裂中子源是我国“十二五”期间重点建设的十二大科学装置之首，是国际前沿的高科技多学科应用的大型研究平台。该项目总投资约23亿元，由中国科学院和广东省人民政府共同建设。建成后将成为中国最大的科学装置，在世界上是第三大散裂中子源装置，仅次于美日，是英国散裂中子源功率的4倍，构成世界四大脉冲式散裂中子源。

CSNS装置建设的主要内容包括：一台80MeV负氢离子直线加速器、一台1.6GeV快循环质子同步加速器、两条束流输运线，一个靶站和3台谱仪及相应的配套设施。CSNS采用较低能量的直线加速器后接快循环同步质子加速器的设计方案。对于束流功率为百千瓦量级的装置，它比全能量直线加速器加储存环组合（如美国的SNS）结构的设计方案造价更低，并且易于升级。CSNS靶站采用有扁平截面的多片厚度不同的钨片叠合而成的靶体，可为中子散射谱仪提供高通量中子束线。CSNS在未来升级计划中将逐步增加中子谱仪的数量，并把加速器的束流功率进一步提高。

2017年8月底，中国散裂中子源首次打靶成功，顺利获得中子束流。11月初，装置完成了首轮加速器和靶站谱仪的联合调试，打靶束流平均功率达到10kW，达到了验收指标的要求，2018年5月底将接受国家验收。CSNS主体工程顺利完工，进入试运行阶段。中国成为世界第四个掌握此技术的国家。

工作原理

中子存在于原子核之中，要想获得中子，就必须让它从原子核里面跑出来。利用天然放射性衰变产生的α粒子与铍等反应就可以产生中子，然而用这种方法获得中子的数量十分稀少，几乎无法用于中子散射的研究。

散裂中子源将离子源（IS）产生的负氢离子(H-)束流，通过射频四极加速器（RFQ）聚束和加速后，由漂移管加速器（DTL）把束流能量进一步提高，负氢离子经剥离注入到一台快循环同步加速器（RCS）中，使束流达到最后能量1.6GeV。从环引出后的质子束流经传输线打向钨靶，在靶上产生的散裂中子经慢化，再通过中子导管引向谱仪，供用户开展实验研究。

加速器

粒子加速器是利用高频电场(或高压静电场)将带电粒子加速到接近光速的大型装置, CSNS质子加速器由1台H-直线加速器和1台快循环同步加速器(RCS)组成。离子源产生的负氢离子束，先经低能输运线、射频四极加速器（RFQ）、中能输运线和漂移管直线加速器加速。输出能量为80兆电子伏，适宜采用常规的室温加速结构，直线加速器上所有射频结构的频率均为324兆赫，可避免射频频率跃变带来的束流品质变坏。80兆电子伏的负氢离子通过剥离转变为质子束注入快循环同步加速器进行累积和加速产生流强高、脉冲短的质子束流。打靶时，质子束流功率100千瓦，脉冲重复频率25赫，每脉冲质子数1.56*1013个，束流能量1.6吉电子伏。

直线加速器隧道为二期升级到环注人能量达250兆电子伏的超导直线加速部分留有足够的空间，届时质子束流功率可提升至500千瓦。

靶站

靶站是产生中子的核心装置。散裂中子源将经过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。CSNS靶站为中子散射谱仪提供了20条中子孔道。靶站是将高能质子脉冲转化成适合中子散射用的慢中子脉冲的转换器，它的散热和抗辐射损伤等关键问题是进一步提高散裂中子源的中子通量的难点所在。

中子散射谱仪

当一束中子打到样品上面，会遭遇样品中由原子织成的一张张“大网”，一些中子会穿透“网眼”而过。另一些中子则会与“网格”上的原子核发生相互作用，这个过程就叫做中子散射。通过测量中子入射和出射前后的变化，就可以量出原子核的相对位置，甚至它们的热振动行为。换句话说，中子散射可以精确地告诉我们原子核在哪里和做什么。

中子散射谱仪按其探测中子物理量的变化可分为两类：弹性散射谱仪和非弹性散射谱仪。弹性散射谱仪所探测的散射中子仅在空间分布上产生了变化，而能量仍与入射中子一致，主要研究物质中原子、分子等的位置，即结构信息。非弹性散射谱仪不仅探测散射中子在空间分布上的变化，而且还同时探测散射中子的能量变化，主要研究物质中原子、分子等是如何运动的，即动力学过程。根据目前国内用户需求和国际相关领域的发展及经费状况，CSNS现已建设高通量粉末衍射仪、宽Q小角散射仪和多功能反射仪3台。同时配备高温、低温、磁场、压力等样品环境设备。

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直线加速器

直线加速器包括：１台潘宁负氢离子源、１条低能传输线(LEBT）、１台射频四极加速器（RFQ）、１条中能传输线（MEBT）和１台漂移管直线加速器（DTL）。

CSNS 离子源引出电源用于引出负氢离子，属于高压功率脉冲电源。负氢离子源作为CSNS 加速器部分的起点，是CSNS 加速器最重要的组成部分之一，其性能的好坏直接决定CSNS 工程的成败。

LEBT 低能束流输运线（Low Energy Beam Transport），长度1.6m，将来自离子源的负氢离子束流匹配引入到RFQ 加速器中

射频四极加速器(RFQ)是一个越来越多的广泛用于低能量应用中同步聚焦、聚束和加速束流的加速器装置，长度3.6m，将由离子源产生的负氢离子束加速到3MeV，并在纵向形成可继续加速的束团。它有助于克服低能量高强度束流环境中的空间电荷效应，显着改善束流质量。

MEBT 中能束流输运线（Medium Energy Beam Transport），长度3m，将来自RFQ 加速器的束流匹配引入到DTL 加速器中

漂移管直线加速器(DTL)是直线加速器的主要部分，长度34m，负责将脉冲流强为15mA的负氢离子从3 MeV加速到80 MeV,再注入到快循环同步加速器(RCS)中实现进一步加速.

环加速

直线-环束流传输线（LRBT）负责将H-束流从直线加速器传输至RCS注入点，长度197m。根据环加速需求匹配束流，通过散束器降低能量扩散和抖动，消除发射度增长和束流损失的影响，并预留将束流提升至500kw的空间和能力。

来自于直线加速器的束流通过剥离注入到快循环同步加速器（RCS）中，积累并加速到1.6GeV，随后高能束流被引出轰击钨靶。RCS周长228m，输送到靶站的光束功率为100kW，重复频率为25 Hz，后期束流功率可以升级到500 kW。

环-靶站束流传输线（RTBT）将束流从RCS引入至靶站中，长度144m。与LRBT相比，RTBT中的束流能量显著提高，控制束流损失更为重要。RTBT同时将匹配和剪裁束流以获得靶站所需的形状和束流密度。

靶站

靶站体系包括钨靶，三个中子慢化器（耦合氢慢化器容器、退耦合窄化氢慢化器、退耦合水慢化器容器），铁铍反射体，铁+ 重混凝土屏蔽体，公用和维护系统。CSNS 的靶体材料选用钽包覆的固体钨靶，冷却剂为重水，靶体容器由在核工业广泛应用的耐辐照及腐蚀的核级316 不锈钢加工而成。低温液氢耦合慢化器和常温水慢化器分别位于靶体的正下方和正上方。CSNS 靶站系统能安全可靠地接受100 kW、1.6 GeV 的质子束流，并把部分质子束流能量转化为短脉冲、高脉冲通量的慢化中子（<1 eV）。产生的脉冲中子通过水（300K），耦合液氢（20K），退耦合液氢（20K）等三个慢化器慢化后通过中子束道及束道开关分配到中子散射谱仪端。

从加速器来的质子束在1.8m的高度水平入射靶站，靶站位于大厅中间靠近质子束入射方向的一端。CSNS靶站的核心系统为靶 - 慢化器 - 反射体系统（TMR）,CSNS的靶体材料选用固体钨靶，冷却剂为重水，靶体容器由在核工业广泛应用的耐辐照及腐蚀的核级316不锈钢加工而成。低温液氢耦合慢化器和常温水慢化器分别位于靶体的正下方和正上方。有直径大约为700mm的金属铍加工成的反射体将靶和慢化器包围起来，外围采用直径为1m的钢作为外部反射体，同时兼顾内层屏蔽体的功能。整个TMR系统（靶、慢化器和反射体）被密封于不锈钢制作的圆桶状的氦容器系统内。氦容器系统将为该区域提供氦气气氛，可以减少放射性气体的产生，同时防止放射性气体的泄漏，氦容器系统同时也为低温慢化器系统失效情况下的氢泄漏提供了额外的防泄漏保护。在氦容器系统之外，是厚为5m的铁/厚度为1m的重混凝土构成的生物屏蔽体（包括中子孔道开闭装置），它保护在中子散射大厅里的实验人员免受高能粒子和各类射线的辐射。