本發(fā)明屬于中子散射原位自動化測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代磁性材料廣泛應(yīng)用在人類生活的方方面面，磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經(jīng)濟(jì)都緊密相關(guān)。磁性材料通常是指由鐵、鈷、鎳及其合金等能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。例如：納米結(jié)構(gòu)氧化物彌散強化鋼（ODS鋼）是一種典型的磁性材料，具有優(yōu)異的抗輻照抗氦脆性能和良好的高溫強度，被認(rèn)為是未來示范和商業(yè)聚變堆包層和快堆燃料包殼的重要候選結(jié)構(gòu)材料。ODS鋼中彌散顆粒的形成機制還未達(dá)成一致，但是主流觀點是溶入—析出機制，即在機械合金化過程中添加的氧化物顆粒和合金元素會溶入到基體中，在隨后的熱致密化過程中析出富釔、鈦和氧的納米顆粒。這些顆粒的尺寸分布、數(shù)量以及與基體的關(guān)系對ODS鋼的性能有顯著影響。結(jié)合原位磁場（使樣品達(dá)到飽和）測試，小角中子散射技術(shù)可以有效區(qū)分磁散射和核散射信號，并獲得重要的析出相結(jié)構(gòu)信息。

目前，國內(nèi)中子散（衍）射技術(shù)處于起步階段，尚未發(fā)現(xiàn)有公司針對中子散（衍）射譜儀設(shè)計研發(fā)此類磁場條件下配套自動換樣裝置。而X射線不適合研究磁結(jié)構(gòu)，也尚未發(fā)現(xiàn)有基于同步輻射光源和商用光源的類似探索。國際上部分小角中子散射平臺上磁場裝置已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)磁場條件下的中子散射測試，并實現(xiàn)控制磁場強度，但是都存在一個嚴(yán)重問題，就是在切換樣品和磁場強度的過程中，會引入樣品位置帶來的誤差，以及更換樣品和啟動小角中子散射譜儀及磁場裝置所耗費的大量人力物力。

目前，亟需一種用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置，該自動換樣裝置能夠在小角中子散射結(jié)合磁場加載環(huán)境下進(jìn)行磁性材料結(jié)構(gòu)演化與外部磁場關(guān)系的原位自動化測量，適用于實現(xiàn)多樣品相同磁場強度、同一樣品不同磁場強度、不同磁場強度不同采集時間等多種模式下的材料磁結(jié)構(gòu)原位自動化檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置。

本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置，其特點是：所述的自動換樣裝置包括滑塊單元，伺服電機，導(dǎo)軌，磁基座，樣品窗口，中子束入射窗口，計算機，N極、S極、磁場強度控制器和底座；所述的N極、S極在磁場強度控制器的控制下形成磁場，磁力線為水平方向；所述的滑塊單元固定在導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌的上端與伺服電機固定，導(dǎo)軌的下端與磁基座固定，磁基座固定在底座上，底座固定在小角中子散射譜儀的工作平臺上；所述的中子束入射窗口位于磁場的中心；所述的滑塊單元位于磁場中，計算機控制伺服電機驅(qū)動滑塊單元通過導(dǎo)軌在豎直方向上下移動，滑塊單元的樣品窗口依次切換至中子束入射窗口。

所述的磁基座通過限位卡槽固定在底座上，磁基座移出限位卡槽后，取出滑塊單元，更換滑塊單元上的樣品窗口中的樣品。

所述的滑塊單元、導(dǎo)軌、磁基座的材料為不銹鋼、鋁、鎘等抗中子活化的金屬材料加工而成，保證中子散射實驗后裝置的安全性，樣品窗口的材料為藍(lán)寶石。

所述的小角中子散射譜儀為反應(yīng)堆中子源、脈沖堆中子源或散裂中子源中的一種。

本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置具有以下特點：一，采用磁基座對自動換樣裝置進(jìn)行快拆式固定，可以保證位置的準(zhǔn)確性，保證不同樣品切換過程中，每次測量都在相同位置的中子束入射窗口進(jìn)行；如果采用手動換樣模式，每次放置位置發(fā)生偏差，造成的情況是中子照射樣品的區(qū)域會發(fā)生偏差，導(dǎo)致即使相同樣品放置兩次可能產(chǎn)生的透過率、散射計數(shù)率不一樣，可能造成的分析結(jié)果有偏差；二，自動換樣裝置的滑塊單元，伺服電機，導(dǎo)軌，磁基座，樣品窗口等部件，都采用不銹鋼、鋁、鎘等抗中子活化的金屬材料加工而成，保證中子散射實驗后裝置的安全性；三，利用自動換樣裝置，程序控制N極，S極，滑塊單元和小角中子散射譜儀三個組成部分各自的程序設(shè)定和三重同步工作，可以實現(xiàn)多樣品相同磁場強度、同一樣品不同磁場強度、不同磁場強度不同采集時間等多種模式的選擇和設(shè)定，極大地節(jié)約人力和減少誤操作的可能；四，所述的中子散射技術(shù)使用的中子源可以與多種模式的中子源大科學(xué)裝置進(jìn)行聯(lián)用，即可以采用反應(yīng)堆中子源、脈沖堆中子源、散裂中子源中的一種。

本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置與小角中子散射實驗站聯(lián)用時主要的工作過程如下：

a.將N極，S極，連同底座安裝到小角中子散射實驗線站上，自動換樣裝置通過磁基座固定在底座上，利用激光光源對小角中子散射的光路進(jìn)行調(diào)節(jié)，使中子束斑與中子束入射窗口中心在同一中心軸上，然后固定底座的位置。

b. 將滑塊單元從磁基座上取下，將需要測試的磁散射樣品安裝在滑塊單元的樣品窗口內(nèi)，再整體安裝到磁基座上。自動換樣裝置與磁場強度控制器和計算機進(jìn)行連接，開啟磁場強度控制器電源，設(shè)定磁場控制程序；

c.打開計算機中自動換樣裝置的軟件控制窗口，設(shè)定自動換樣支架的編號、每個樣品窗的運動起始時間；開啟小角中子散射譜儀控制和數(shù)據(jù)采集軟件中的批處理模式，設(shè)定對應(yīng)的樣品個數(shù)，每一個樣品的測試時間，和兩次測試之間的間隔時間；

d.開啟小角中子散射譜儀的第二閘門，啟動中子光源，啟動磁場控制程序和小角中子散射控批處理程序，對每一個樣品施加設(shè)置的對應(yīng)磁場，同時記錄在磁場條件下樣品的小角中子散射信息，獲取不同磁場強度下核散射和磁散射對總散射強度的貢獻(xiàn)，從而獲取樣品的微結(jié)構(gòu)信息；

e.通過對不同配比磁性材料樣品實施不同磁場強度，系統(tǒng)研究樣品中分散體系組分，含量，老化時間等參數(shù)對磁性材料微結(jié)構(gòu)演化的影響，將這些數(shù)據(jù)耦合起來，最終獲得材料宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的對應(yīng)機理。

本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)與小角中子散射聯(lián)用的原位磁結(jié)構(gòu)檢測的自動換樣控制，具有安裝簡易、容易拆卸、時間同步、位移精確、自動化、節(jié)省人力等優(yōu)點，適合于變換磁場強度條件的自動化控制的小角中子散射聯(lián)用使用條件，適用于小角中子散射研究中不同條件下磁性材料磁結(jié)構(gòu)測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖中，1.滑塊單元 2.伺服電機 3.導(dǎo)軌 4.磁基座 5.樣品窗口 6.中子束入射窗口 7.計算機 8.N極 9.S極 10.磁場強度控制器 11.底座。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明的用于小角中子散射譜儀的自動換樣裝置包括滑塊單元1，伺服電機2，導(dǎo)軌3，磁基座4，樣品窗口5，中子束入射窗口6，計算機7，N極8、S極9、磁場強度控制器10和底座11；所述的N極8、S極9在磁場強度控制器10的控制下形成磁場，磁力線為水平方向；所述的滑塊單元1固定在導(dǎo)軌3上，導(dǎo)軌3的上端與伺服電機2固定，導(dǎo)軌3的下端與磁基座4固定，磁基座4固定在底座11上，底座11固定在小角中子散射譜儀的工作平臺上；所述的中子束入射窗口6位于磁場的中心；所述的滑塊單元1位于磁場中，計算機7控制伺服電機2驅(qū)動滑塊單元1通過導(dǎo)軌3在豎直方向上下移動，滑塊單元1的樣品窗口5依次切換至中子束入射窗口6。

所述的磁基座4通過限位卡槽固定在底座11上，磁基座4移出限位卡槽后，取出滑塊單元1，更換滑塊單元1上的樣品窗口5中的樣品。

所述的滑塊單元1、導(dǎo)軌3、磁基座4的材料為不銹鋼、鋁或鎘中的一種，樣品窗口5的材料為藍(lán)寶石。

所述的小角中子散射譜儀為反應(yīng)堆中子源、脈沖堆中子源或散裂中子源中的一種。

實施例1

不同磁場強度下ODS鋼內(nèi)析出相粒子尺寸的評估的原位磁場小角中子散射實驗。

本實施例中的滑塊單元1、導(dǎo)軌3、磁基座4的材料為不銹鋼，也可更換為鋁或鎘。

實驗?zāi)康模?/p>

ODS鋼作為未來示范和商業(yè)聚變堆包層和快堆燃料包殼的重要候選結(jié)構(gòu)材料，其彌散顆粒的形成機制還未達(dá)成一致，但是主流觀點是溶入—析出機制，即在機械合金化過程中添加的氧化物顆粒和合金元素會溶入到基體中，在隨后的熱致密化過程中析出富Y、Ti和O的納米顆粒。這些顆粒的尺寸分布、數(shù)量以及與基體的關(guān)系對ODS鋼的性能有顯著影響。本實驗旨在結(jié)合原位磁場的小角中子散射測試有效區(qū)分磁散射和核散射信號，并獲得重要的析出相結(jié)構(gòu)信息，幫助理解材料微結(jié)構(gòu)形成機制以及對宏觀性能的影響。

實驗過程：

對3種不同的ODS鋼通過機械加工，制備成1 毫米厚，直徑為12 毫米的圓薄片，每個樣品兩片；分別在沒有磁場和磁場強度為1.5特斯拉條件下測試，6個測試樣被命名為a0，b0，c0，a1.5，b1.5，c1.5，依次安裝到樣品窗口的1-6號位置，由于是整體的塊材，選用普通的不帶藍(lán)寶石片的樣品窗口；通過事先的測試預(yù)估，沒有磁場條件下每個樣品需要1小時測試時間，而磁場強度為1.5特斯拉條件需要2小時測試時間，因此打開N極，設(shè)置其時間控制程序在3小時2分鐘后啟動電流模式控制的場強度為1.5特斯拉磁場，運行時間6小時15分鐘；設(shè)置自動換樣電機程序運行1-6號位的停留時間分別為1，1，1，2，2，2小時，除了3號樣到4號樣之間的時間間隔設(shè)置為10分鐘，其余時間間隔設(shè)置為1分鐘；將小角中子散射數(shù)據(jù)采集程序設(shè)置為相同采集時間和間隔程序；同時開啟N極控制程序、批處理的自動換樣電機程序和小角中子散射數(shù)據(jù)采集程序設(shè)置，開始實驗，9小時30分鐘后整個實驗結(jié)束。本實例通過外加磁場與否區(qū)分磁散射和核散射的貢獻(xiàn)，進(jìn)而獲取了納米尺度的析出相的尺寸及分布；經(jīng)過前期實驗程序設(shè)定后，10小時左右的整個時間過程可以通過遠(yuǎn)程控制監(jiān)控，節(jié)省人力物力。

實施例2

不同磁場強度下ODS鋼粉末樣析出相的原位磁場小角中子散射研究。

本實施例與實施例1的實施方式基本相同，主要區(qū)別在于由于樣品是粉末狀態(tài)的金屬樣品，需要有密封腔體，故選用包含藍(lán)寶石的樣品窗口。

本實例通過外加磁場與否區(qū)分粉末樣中磁散射和核散射的貢獻(xiàn)，進(jìn)而獲取了納米尺度的析出相的尺寸及分布。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。