中國(guó)散裂中子源(CSNS)的概念設(shè)計(jì)和預(yù)制研究歷時(shí)8年,由中國(guó)科學(xué)院主持,高能物理研究所和物理研究所的百余名科技人員參加了此項(xiàng)工作,并得到了中國(guó)科學(xué)院和廣東省東莞市的專項(xiàng)預(yù)研經(jīng)費(fèi)、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家973項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持。
束流功率為100kW的中國(guó)散裂中子源(CSNS)將成為發(fā)展中國(guó)家擁有的第一臺(tái)散裂中子源,并進(jìn)入世界四大散裂中子源行列,將為國(guó)內(nèi)外科學(xué)家提供世界一流的中子科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置,其科 學(xué)壽命超過30年。它與我國(guó)正在建設(shè)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的中國(guó)先進(jìn)研究堆(CARR)將形成互補(bǔ)的局面,共同為我國(guó)中子散射用戶提供全方位的創(chuàng)新研究服務(wù)。
CSNS裝置建設(shè)的主要內(nèi)容包括:一臺(tái)80MeV負(fù)氫離子直線加速器、一臺(tái)1.6GeV快循環(huán)質(zhì)子同步加速器、兩條束流輸運(yùn)線,一個(gè)靶站和一期3臺(tái)譜儀及相應(yīng)的配套設(shè)施。
CSNS的總體設(shè)計(jì)指標(biāo)為:打靶質(zhì)子束流功率100kW,脈沖重復(fù)頻率25Hz,每脈沖質(zhì)子數(shù)1.56×1013 (平均流強(qiáng)62.5μA),質(zhì)子束動(dòng)能1.6GeV,最高通量每質(zhì)子、每單位立體角弧度5×10-3。廠房、隧道和靶站的建設(shè)已經(jīng)考慮到一期80MeV,100KW的負(fù)氫直線加速器將來升級(jí)到二期250MeV,500KW的情況。參照國(guó)際同類裝置的建造及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),CSNS工程竣工的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為所建裝置具備所有達(dá)到100kW打靶束流功率設(shè)計(jì)指標(biāo)所需的設(shè)備,并通過初始性能驗(yàn)收測(cè)試。驗(yàn)收測(cè)試的指標(biāo)為脈沖質(zhì)子數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的1/10(即1.56×1012),每質(zhì)子、每單位立體角弧度的中子通量達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo);譜儀驗(yàn)收指標(biāo)為譜儀探測(cè)器中子探測(cè)效率大于50%,空間分辨達(dá)到2.54×2.54cm2(高通量粉末衍射儀)和0.8×1.0cm2(小角衍射儀,多功能反射儀),時(shí)間分辨低于5μs。
靶站體系包括鎢靶,三個(gè)中子慢化器(耦合氫慢化器容器、退耦合窄化氫慢化器、退耦合水慢化器容器), 鐵鈹反射體,鐵+ 重混凝土 屏蔽體,公用和維護(hù)系統(tǒng)。
CSNS的靶體材料選用固體鎢靶,冷卻劑為重水,
靶體容器由在核工業(yè)廣泛應(yīng)用的耐輻照及腐蝕的核級(jí)316不銹鋼加工而成。低溫液氫耦合慢化器和常溫水慢化器分別位于靶體的正下方和正上方。CSNS靶站系統(tǒng)能安全可靠地接受100kW、1.6GeV的質(zhì)子束流,并把部分質(zhì)子束流能量轉(zhuǎn)化為短脈沖、高脈沖通量的慢化中子(<1 eV)。產(chǎn)生的脈沖中子通過水 (300K), 耦合液氫(20K),退耦合液氫(20k)等三個(gè)慢化器慢化后通過中子束道及束道開關(guān)分配到中子散射譜儀端。
CSNS靶站共有20個(gè)中子孔道,其中一期規(guī)劃有通用粉末衍射儀、小角散射儀和多功能反射儀三臺(tái)譜儀;下一步正在積極爭(zhēng)取國(guó)家材料專項(xiàng)支持建設(shè)的材料測(cè)試平臺(tái),也希望用戶單位能積極推動(dòng)譜儀的建設(shè)。工程計(jì)劃2017年9月出第一束試驗(yàn)束,2017年9月至2018年03月實(shí)現(xiàn)試運(yùn)行及工程驗(yàn)收。