CN102324259A - 中子准直器及中子散射谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中子准直器及中子散射谱仪。本发明涉及中子散射技术领域，解决了现有技术中在提高中子透射率的同时，抗辐照老化能力差的问题。本发明实施例提供的方案为：一种中子准直器，包括分隔片，其特征在于，所述分隔片包括载体层和中子吸收层，所述载体层为金属箔，所述中子吸收层附着于所述载体层上。本发明实施例适用于中子测量仪器等。
Description
技术领域
本发明涉及中子散射技术领域，尤其涉及一种中子准直器及中子散射谱仪。
背景技术
中子准直器作为中子光学器件，是中子散射谱仪的核心部件之一，其作用是过滤由中子源发出的方向各异的中子，仅使发散角小于等于实验要求的中子通过，从而为中子实验提供准平行中子束，中子准直器可以提高中子散射谱仪的分辨能力和计数效率，对于中子散射谱仪的性能有着非常重要的影响。如图1所示，上板1、下板2为可吸收中子的材料制成，图中箭头方向为中子束的方向，上板1、下板2可以将接触到它的绝大部分(95％以上)热中子吸收掉。其中，L示意为准直长度，d示意为透射区宽度，α示意为中子准直器的最大发散角，α可以通过tgα＝d/L来控制，因此，根据不同的中子散射谱仪需求，改变d与L的比值就可以改变准直器的发散角。
中子散射指的是当能量合适的中子射入各种材料中后，被构成该材料的原子、离子或离子团所散射，使得中子的动量和能量发生改变。分析通过该材料后出射中子的动量和能量变化及其分布，可以获得该材料的微观静态和动态结构，因此中子散射为物理、化学、生物学、地质学以及材料科学研究提供了非常重要的实验研究手段。各种不同的研究目的和研究内容需要不同的中子散射谱仪。
中子散射谱仪利用反应堆、散裂源等产生的大量不同能量的中子作为中子源，从中选出一定能量的中子入射在被研究的样品上，通过探测出射中子的能量、动量等参数，以实现对样品的应力、织构、微观结构、磁相关性能等的研究。由于反应堆的中子孔道尺寸较大，从孔道引出的中子束流发散角很大，而动量变化的测量需要入射中子有确定的方向，因而，中子散射谱仪一般需要使用中子准直器，将入射中子和出射中子的方向和角发散(特别是水平方向的角发散)限制在合乎要求的很小的角范围内。
早期的中子准直器使用的是由钢板做成的单缝结构，如图1所示，为使中子通道足够宽，又要保证有较小的角发散，中子准直器必须做得很长，显然，这种中子准直器限制了实验设备的安排，也使得到的中子强度大大降低，后来，Soller等人提出了使用多缝合并在一起的结构，即现在所称的Soller型中子准直器结构，如图2所示，包括框架3和分隔片4，框架包括若干层排列分布的金属片31，每两层金属片31之间固定有分隔片4，从而使得中子从分隔片4之间透射，分隔片将接触到它的绝大部分的中子吸收掉，这种结构的中子准直器使得中子通道的宽度和发散角不再直接相关，因而克服了中子准直器尺寸过长的问题，也使中子强度大大提高。但最初的Soller型中子准直器使用不锈钢片做为可吸收中子材料的载体层，并在不锈钢片上涂上可吸收中子材料如Cd等，由于不锈钢片较厚，使中子透射率降低，拉伸绷平也十分困难，制作难度很大，而且材料的热胀冷缩也会导致变形，影响中子准直器质量。现在一些Soller型中子准直器多采用塑料(如Mylar膜等)喷涂中子吸收材料做分隔片，使得其制作工艺等到简化，进而降低了成本，但是由于Mylar膜等塑料涂膜的寿命较短，抗辐照老化能力差，一般不能作为第一中子准直器使用，而且在辐照条件下的寿命一般只有几年，导致需要经常更换新的中子准直器以保证中子散射谱仪的性能。
发明内容
本发明提供了一种中子准直器及中子散射谱仪，在提高中子透射率的同时，提高分隔片的抗辐照老化能力。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：
一种中子准直器，采用了Soller型中子准直器结构，包括框架和固定在框架上的若干层分隔片，相邻的两层分隔片之间形成中子透射通道，其特征在于，所述分隔片包括载体层和中子吸收层，所述载体层为金属箔，所述中子吸收层附着于所述载体层上。
一种中子散射谱仪，包括上述的中子准直器。
本发明在采取了上述技术方案以后，由于分隔片的载体层采用金属箔，可以控制分隔片的总厚度在很薄的范围内，就提高了中子透射率，而且由于金属箔的抗辐照老化能力强，与Mylar膜等塑料膜制成分隔片的中子准直器相比，提高了中子准直器的使用寿命。另外，由于本发明所采用的金属箔较薄，易于拉伸绷平。
附图说明
图1所示为中子准直器的工作原理示意图；
图2所示为Soller型中子准直器的结构示意图；
图3所示为本发明实施例中分割片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行描述。
实施例
如图2所示，本发明实施例采用了Soller型中子准直器结构，包括外壳5、铝制框架3和分隔片4，铝制框架3包括若干个等距离排列的铝片31，铝片之间固定有若干个分隔片4，相邻的两层分隔片之间形成中子透射通道，。如图3所示，分隔片4包括载体层和中子吸收层41。本发明实施例采用厚度为20-50微米的金属箔42(不锈钢箔或者铝箔)作为吸收中子的载体层，通过专用的拉伸装置拉伸绷平后，固定在铝制框架3上，另外，采用喷涂的方式在金属箔41上均匀地附着一层厚度大于10微米的中子吸收材料，从而构成中子吸收层41。中子吸收层41附着于金属箔42的一侧或两侧。中子吸收材料为Gd2O3粉末与水基粘合剂充分混合而成，水基粘合剂可以为丙烯酸或者丙烯酸与聚氨酯的混合物等，Gd2O3重量比为45-55％，优选50％，通过MCNP方法模拟计算，这种Gd2O3吸收层厚度达到5微米即可吸收98％的热中子，完全满足中子准直器的技术要求。下面就中子准直器的具体制作过程进行详细描述。
中子准直器制作前，首先根据中子散射谱仪对中子准直器的发散角和外型尺寸的要求，选择合适的准直长度、透射区宽度以及外型尺寸。然后，按照选定的外型尺寸制作铝制框架3和中子准直器外壳5，铝制框架包括若干等距离排列的铝片31，铝片31的厚度根据发散角和外型尺寸而定，铝片31的厚度等于中子透射区的宽度，铝制框架和中子准直器外壳5上都要打上通体孔，以保证它们可以用螺钉紧密地组装起来。
使用专门的拉伸装置，将金属箔42拉直、绷平，使其平整度达到0级，然后使用胶水将铝制框架中的铝片31与金属箔42紧密贴合，从拉伸装置上取下铝制框架和金属箔42。
使用颗粒度为4-5微米的Gd2O3粉末(Gd2O3为主要的中子吸收物质)与水基粘合剂在25℃下充分混合，Gd2O3的质量比为50％，此时已经达到Gd2O3的饱和溶解状态，使用磁力搅拌机将溶液搅拌均匀。使用高精度的喷漆设备，将Gd2O3溶液均匀地喷涂在载体层的两侧，待溶液干透后，再用相同方法喷涂若干次，视所需中子吸收层厚度而定。完成中子吸收层的制作。按照所需准直长度，将中子吸收层两侧多余的部分切割掉，只保留准直长度部分。
将中子准直器外壳与中子吸收层(包括固定它的铝制框架)通过它们上的通体孔，用螺钉固定在一起，组合成中子准直器。
中子散射谱仪可采用上述实施例中所描述的中子准直器。
综上所述，由于分隔片总厚度较薄，可以控制在很薄的范围，就提高了中子透射率，而且由于金属箔的抗辐照老化能力强，与Mylar膜等塑料膜制成分隔片的中子准直器相比，提高了中子准直器的使用寿命。另外，由于本发明所采用的金属箔较薄，易于拉伸绷平。
需要注意的是，上述具体实施例仅仅是示例性的，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该明白，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种中子准直器，包括框架和固定在框架上的若干层分隔片，相邻的两层分隔片之间形成中子透射通道，其特征在于，所述分隔片包括载体层和中子吸收层，所述载体层为金属箔，所述中子吸收层附着于所述载体层上。
2.根据权利要求1所述的中子准直器，其特征在于，所述的固定在框架上的若干层分隔片为：
所述框架包括若干层等距离排列分布的金属片，相邻的金属片之间固定有分隔片。
3.根据权利要求1所述的中子准直器，其特征在于，所述中子吸收层附着于所述载体层上为：所述中子吸收层附着于所述载体层的一侧或两侧。
4.根据权利要求1所述的中子准直器，其特征在于，所述金属箔的厚度为20-50微米。
5.根据权利要求1所述的中子准直器，其特征在于，所述金属箔为不锈钢箔或铝箔。
6.根据权利要求1所述的中子准直器，其特征在于，所述吸收层为的厚度为10-30微米。
7.根据权利要求6所述的中子准直器，其特征在于，所述吸收层为Gd2O3吸收层或Cd吸收层。
8.根据权利要求6所述的中子准直器，其特征在于，所述Gd2O3吸收层包含重量百分比为45-55％的Gd2O3和重量百分比为45-55％的水基粘合剂。
9.根据权利要求6所述的中子准直器，其特征在于，所述Gd2O3吸收层包含重量百分比为50％的Gd2O3和重量百分比为50％的水基粘合剂。
10.一种中子散射谱仪，其特征在于，包含根据权利要求1至8任一项所述的中子准直器。
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