专利名称：中子准直器及中子散射谱仪的制作方法
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tga =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。
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。
具体实施例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上均勻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°C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勻。使用高精度的喷漆设备，将Gd2O3溶液均勻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�。梢钥刂圃诤鼙〉姆段В吞岣吡酥凶油干渎剩矣捎诮鹗舨目狗绽匣芰η浚隡ylar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�。子诶毂疗�。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。
权利要求
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ο
全文摘要
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。
文档编号G01N23/20GK102324259SQ201110200109
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者刘晓龙, 刘蕴韬, 吴展华, 吴立齐, 孙凯, 李眉娟, 杨浩智, 王洪立, 王雨, 田庚方, 陈东风, 韩松柏 申请人:中国原子能科学研究院
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