專利名稱：中子準(zhǔn)直器及中子散射譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中子散射技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中子準(zhǔn)直器及中子散射譜儀。
背景技術(shù)：
中子準(zhǔn)直器作為中子光學(xué)器件，是中子散射譜儀的核心部件之一，其作用是過(guò)濾由中子源發(fā)出的方向各異的中子，僅使發(fā)散角小于等于實(shí)驗(yàn)要求的中子通過(guò)，從而為中子實(shí)驗(yàn)提供準(zhǔn)平行中子束，中子準(zhǔn)直器可以提高中子散射譜儀的分辨能力和計(jì)數(shù)效率，對(duì)于中子散射譜儀的性能有著非常重要的影響。如圖1所示，上板1、下板2為可吸收中子的材料制成，圖中箭頭方向?yàn)橹凶邮姆较颍习?、下板2可以將接觸到它的絕大部分(95%以上)熱中子吸收掉。其中，L示意為準(zhǔn)直長(zhǎng)度，d示意為透射區(qū)寬度，α示意為中子準(zhǔn)直器的最大發(fā)散角，α可以通過(guò)tga =d/L來(lái)控制，因此，根據(jù)不同的中子散射譜儀需求，改變 d與L的比值就可以改變準(zhǔn)直器的發(fā)散角。中子散射指的是當(dāng)能量合適的中子射入各種材料中后，被構(gòu)成該材料的原子、離子或離子團(tuán)所散射，使得中子的動(dòng)量和能量發(fā)生改變。分析通過(guò)該材料后出射中子的動(dòng)量和能量變化及其分布，可以獲得該材料的微觀靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，因此中子散射為物理、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)以及材料科學(xué)研究提供了非常重要的實(shí)驗(yàn)研究手段。各種不同的研究目的和研究?jī)?nèi)容需要不同的中子散射譜儀。中子散射譜儀利用反應(yīng)堆、散裂源等產(chǎn)生的大量不同能量的中子作為中子源，從中選出一定能量的中子入射在被研究的樣品上，通過(guò)探測(cè)出射中子的能量、動(dòng)量等參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的應(yīng)力、織構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、磁相關(guān)性能等的研究。由于反應(yīng)堆的中子孔道尺寸較大，從孔道引出的中子束流發(fā)散角很大，而動(dòng)量變化的測(cè)量需要入射中子有確定的方向，因而，中子散射譜儀一般需要使用中子準(zhǔn)直器，將入射中子和出射中子的方向和角發(fā)散(特別是水平方向的角發(fā)散)限制在合乎要求的很小的角范圍內(nèi)。早期的中子準(zhǔn)直器使用的是由鋼板做成的單縫結(jié)構(gòu)，如圖1所示，為使中子通道足夠?qū)?，又要保證有較小的角發(fā)散，中子準(zhǔn)直器必須做得很長(zhǎng)，顯然，這種中子準(zhǔn)直器限制了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安排，也使得到的中子強(qiáng)度大大降低，后來(lái)，Soller等人提出了使用多縫合并在一起的結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)在所稱的Soller型中子準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)，如圖2所示，包括框架3和分隔片 4，框架包括若干層排列分布的金屬片31，每?jī)蓪咏饘倨?1之間固定有分隔片4，從而使得中子從分隔片4之間透射，分隔片將接觸到它的絕大部分的中子吸收掉，這種結(jié)構(gòu)的中子準(zhǔn)直器使得中子通道的寬度和發(fā)散角不再直接相關(guān)，因而克服了中子準(zhǔn)直器尺寸過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，也使中子強(qiáng)度大大提高。但最初的Soller型中子準(zhǔn)直器使用不銹鋼片做為可吸收中子材料的載體層，并在不銹鋼片上涂上可吸收中子材料如Cd等，由于不銹鋼片較厚，使中子透射率降低，拉伸繃平也十分困難，制作難度很大，而且材料的熱脹冷縮也會(huì)導(dǎo)致變形，影響中子準(zhǔn)直器質(zhì)量?，F(xiàn)在一些Soller型中子準(zhǔn)直器多采用塑料(如Mylar膜等)噴涂中子吸收材料做分隔片，使得其制作工藝等到簡(jiǎn)化，進(jìn)而降低了成本，但是由于Mylar膜等塑料涂膜的壽命較短，抗輻照老化能力差，一般不能作為第一中子準(zhǔn)直器使用，而且在輻照條件下的壽命一般只有幾年，導(dǎo)致需要經(jīng)常更換新的中子準(zhǔn)直器以保證中子散射譜儀的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種中子準(zhǔn)直器及中子散射譜儀，在提高中子透射率的同時(shí)，提高分隔片的抗輻照老化能力。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下所描述一種中子準(zhǔn)直器，采用了 Soller型中子準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)，包括框架和固定在框架上的若干層分隔片，相鄰的兩層分隔片之間形成中子透射通道，其特征在于，所述分隔片包括載體層和中子吸收層，所述載體層為金屬箔，所述中子吸收層附著于所述載體層上。一種中子散射譜儀，包括上述的中子準(zhǔn)直器。本發(fā)明在采取了上述技術(shù)方案以后，由于分隔片的載體層采用金屬箔，可以控制分隔片的總厚度在很薄的范圍內(nèi)，就提高了中子透射率，而且由于金屬箔的抗輻照老化能力強(qiáng)，與Mylar膜等塑料膜制成分隔片的中子準(zhǔn)直器相比，提高了中子準(zhǔn)直器的使用壽命。 另外，由于本發(fā)明所采用的金屬箔較薄，易于拉伸繃平。


圖1所示為中子準(zhǔn)直器的工作原理示意圖；圖2所示為Soller型中子準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例中分割片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。實(shí)施例如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例采用了 Soller型中子準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu)，包括外殼5、鋁制框架3和分隔片4，鋁制框架3包括若干個(gè)等距離排列的鋁片31，鋁片之間固定有若干個(gè)分隔片4，相鄰的兩層分隔片之間形成中子透射通道，。如圖3所示，分隔片4包括載體層和中子吸收層41。本發(fā)明實(shí)施例采用厚度為20-50微米的金屬箔42 (不銹鋼箔或者鋁箔)作為吸收中子的載體層，通過(guò)專用的拉伸裝置拉伸繃平后，固定在鋁制框架3上，另外，采用噴涂的方式在金屬箔41上均勻地附著一層厚度大于10微米的中子吸收材料，從而構(gòu)成中子吸收層41。中子吸收層41附著于金屬箔42的一側(cè)或兩側(cè)。中子吸收材料為Gd2O3粉末與水基粘合劑充分混合而成，水基粘合劑可以為丙烯酸或者丙烯酸與聚氨酯的混合物等，Gd2O3 重量比為45-55%，優(yōu)選50%，通過(guò)MCNP方法模擬計(jì)算，這種Gd2O3吸收層厚度達(dá)到5微米即可吸收98%的熱中子，完全滿足中子準(zhǔn)直器的技術(shù)要求。下面就中子準(zhǔn)直器的具體制作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述。中子準(zhǔn)直器制作前，首先根據(jù)中子散射譜儀對(duì)中子準(zhǔn)直器的發(fā)散角和外型尺寸的要求，選擇合適的準(zhǔn)直長(zhǎng)度、透射區(qū)寬度以及外型尺寸。然后，按照選定的外型尺寸制作鋁制框架3和中子準(zhǔn)直器外殼5，鋁制框架包括若干等距離排列的鋁片31，鋁片31的厚度根據(jù)發(fā)散角和外型尺寸而定，鋁片31的厚度等于中子透射區(qū)的寬度，鋁制框架和中子準(zhǔn)直器外殼5上都要打上通體孔，以保證它們可以用螺釘緊密地組裝起來(lái)。
使用專門的拉伸裝置，將金屬箔42拉直、繃平，使其平整度達(dá)到0級(jí)，然后使用膠水將鋁制框架中的鋁片31與金屬箔42緊密貼合，從拉伸裝置上取下鋁制框架和金屬箔42。使用顆粒度為4-5微米的Gd2O3粉末(Gd2O3為主要的中子吸收物質(zhì))與水基粘合劑在25°C下充分混合，Gd2O3的質(zhì)量比為50%，此時(shí)已經(jīng)達(dá)到Gd2O3的飽和溶解狀態(tài)，使用磁力攪拌機(jī)將溶液攪拌均勻。使用高精度的噴漆設(shè)備，將Gd2O3溶液均勻地噴涂在載體層的兩側(cè)，待溶液干透后，再用相同方法噴涂若干次，視所需中子吸收層厚度而定。完成中子吸收層的制作。按照所需準(zhǔn)直長(zhǎng)度，將中子吸收層兩側(cè)多余的部分切割掉，只保留準(zhǔn)直長(zhǎng)度部分。將中子準(zhǔn)直器外殼與中子吸收層(包括固定它的鋁制框架)通過(guò)它們上的通體孔，用螺釘固定在一起，組合成中子準(zhǔn)直器。 中子散射譜儀可采用上述實(shí)施例中所描述的中子準(zhǔn)直器。綜上所述，由于分隔片總厚度較薄，可以控制在很薄的范圍，就提高了中子透射率，而且由于金屬箔的抗輻照老化能力強(qiáng)，與Mylar膜等塑料膜制成分隔片的中子準(zhǔn)直器相比，提高了中子準(zhǔn)直器的使用壽命。另外，由于本發(fā)明所采用的金屬箔較薄，易于拉伸繃平。需要注意的是，上述具體實(shí)施例僅僅是示例性的，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上面的具體描述只是為了解釋本發(fā)明的目的， 并非用于限制本發(fā)明。本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種中子準(zhǔn)直器，包括框架和固定在框架上的若干層分隔片，相鄰的兩層分隔片之間形成中子透射通道，其特征在于，所述分隔片包括載體層和中子吸收層，所述載體層為金屬箔，所述中子吸收層附著于所述載體層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述的固定在框架上的若干層分隔片為所述框架包括若干層等距離排列分布的金屬片，相鄰的金屬片之間固定有分隔片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述中子吸收層附著于所述載體層上為所述中子吸收層附著于所述載體層的一側(cè)或兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述金屬箔的厚度為20-50微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述金屬箔為不銹鋼箔或鋁箔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述吸收層為的厚度為10-30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述吸收層為Gd2O3吸收層或Cd吸收層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述Gd2O3吸收層包含重量百分比為45-55%的Gd2O3和重量百分比為45-55%的水基粘合劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中子準(zhǔn)直器，其特征在于，所述Gd2O3吸收層包含重量百分比為50%的Gd2O3和重量百分比為50%的水基粘合劑。
10.一種中子散射譜儀，其特征在于，包含根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的中子準(zhǔn)直ο
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種中子準(zhǔn)直器及中子散射譜儀。本發(fā)明涉及中子散射技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中在提高中子透射率的同時(shí)，抗輻照老化能力差的問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例提供的方案為一種中子準(zhǔn)直器，包括分隔片，其特征在于，所述分隔片包括載體層和中子吸收層，所述載體層為金屬箔，所述中子吸收層附著于所述載體層上。本發(fā)明實(shí)施例適用于中子測(cè)量?jī)x器等。
文檔編號(hào)G01N23/20GK102324259SQ201110200109
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者劉曉龍, 劉蘊(yùn)韜, 吳展華, 吳立齊, 孫凱, 李眉娟, 楊浩智, 王洪立, 王雨, 田庚方, 陳東風(fēng), 韓松柏 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院