中国散裂中子源-加速器技术部 束流扩展应用组

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1 中国散裂中子源-加速器技术部 束流扩展应用组 2018-9-12
CSNS反角白光中子源运行总结 中国散裂中子源-加速器技术部 束流扩展应用组 报告人：敬罕涛

2 主要内容 CSNS白光中子源简介 运行及管理 2018年下半年运行计划

3 核数据测量与白光中子源 核天体物理 国防应用 （满足国家对核数据测量的重大需求） 新一代核能 目前核数据库的缺陷:
加速器驱动的次临界系统 (ADS) 钍基熔盐堆 其它四代核反应堆 核天体物理 解释宇宙中铁以上的重元素的形成问题 目前核数据库的缺陷: 精度不够 能量范围不够或点不够多

4 反角白光中子源主要参数 （100kW质子束流打靶）
Back-n ES2 spot (mm) ES1 spot (mm) ES1 flux (/cm2/s) ES2 flux (/cm2/s) Φ20 Φ15 1.27E5 4.58E4 Φ30 2.20E6 7.81E5 Φ60 Φ50 1.59E7 6.67E6 裂变室测量值 1.61E7 7.03E6 Li-Si测量值 6.89E6 90×90 75×50 5.98E7 2.18E7

5 Comparison with other WNS facilities
Parameters United States Europe China ORELA LANSCE WNR RPI GELINA CERN n_TOF CSNS-I Back-n Accelerator e- linac p-Synch p-linac Energy (GeV) 0.14 0.8 >0.06 0.12 24 1.6 Flight (m) 10-200 7-55 7-90 10-250 8-400 185 55, 80 Pulse (ns) 2-30 125 0.15 15 1 7 52 (6) B. Power (kW) 50 48 >10 11 45 100 Rep. rate (Hz) 1-1000 20 32k 1-500 Max. 900 25 Time res. (ns/m) 0.01 3.9 0.06 0.0025 0.034 0.65 n yield (n/s) 1×1014 6.4×1013 2.1×1012 4×1013 3.2×1013 8.1×1014 2.0×1016 中国第一台可以用于核数据测量的高流强白光中子源，流强在国际上也是最强的白光中子源（样品处），因此可以开展很多应用。

6 反角白光中子源布局及测量 (n, lcp) PFNS Others (n, t) (n, f) (n, ) (n, n’/2n)

7 反角白光中子源一期目标建设完成

8 CSNS反角白光中子源建设历程 反角白光中子源早期研究回顾 项目建设关键节点
2008: 证实反角中子可用于核数据测量 2010: CSNS经理部同意安排该终端 (RTBT布局作调整) 2011: CSNS经理部同意同时建设反角终端的隧道 2013: CSNS经理部同意加速终端设计和建设，安排少量经费 项目建设关键节点 2013年9月成立白光中子源合作组（高能所、原子能院、九院和西核所），后来科大加入；组建由5个单位共同参加的建设队伍； 2013年12月：中子束线物理设计评审 2014年5月：物理终端总体方案评审 2014年12月：白光工作组决定分两阶段建设：自筹经费；科工局项目 2015年2月：探测器方案设计评审 2015年10月：首批物理实验方案评审 2016年3月：CSNS调概，反角白光中子束线列入工程建设，917万 2016年6月：国家重点研发计划“白光中子源实验技术研究”，1750万 2017年5月：白光中子源实验研讨会，成立用户委员会和研究方向合作小组

9 CSNS反角白光中子源2018年1-7月投入测量设备及实验情况
投入谱仪或探测器： 束流测量和监测系统、4单元C6D6、多层裂变电离室FIXM、全截面谱仪NTOX、带电粒 子测量LPDA 国内第一白光中子束线的建成和试运行测试 完成约850小时共11种类型的束流特征测量实验（能谱、注量率、TOF时间、 时间结构、束斑、基础本底、束内本底）和4台谱仪带束测试 首批物理实验 6个实验（中子俘获截面-Tm169、裂变截面-U236、全截面-C12和Al26、带电 粒子-Li6和B10），共约800小时 国防探测器标定实验 1个，约40小时 半导体芯片测试 西核所国防芯片，累计216小时（重叠计算478小时），192片（7月16-20日还 有一批） 华为手机芯片，17部手机，束流时间约20小时（实验时间约40小时） 累计实验时间：约1920小时，故障时间：9小时

10 “Back-n”实验统计 序号 实验名称 实验起始时间 实验停止时间 实验总时间（h) 供束时间(h) 实际净时间（h) 束流属性 备注 1
LPDA 2018/1/22 10:00 2018/1/23 20:00 34.0 18.9 17.6 供束机时 2 多阳极光电倍增管 2018/1/25 8:00 36.0 16.6 13.8 3 门控PMT 2018/1/27 8:00 48.0 32.7 21.4 4 CMOS 与门控PMT并行实验 5 C6D6 2018/1/30 4:00 68.0 61.7 52.4 6 ZnS 2018/2/5 10:00 2018/2/7 20:00 58.0 49.5 42.6 7 时间结构测量 机器研究 与ZnS并行实验 8 能谱测量 2018/2/22 19:57 275.0 253.4 236.5 2/12 3：00-2/13 16：00加速器停束85小时 9 注量率测量 2018/2/22 21:02 2018/2/27 12:13 111.2 80.5 75.5 10 2018/2/27 12:27 2018/2/28 6:54 18.5 10.2 6.6 11 Micromegas 2018/3/6 20:51 2018/3/9 7:52 59.0 42.4 39.7 短暂进行了多阳极光电倍增管和九院裂变室测试 12 2018/3/10 9:08 2018/3/12 23:15 62.1 38.6 28.6 13 裂变室 2018/3/15 11:36 2018/3/20 8:42 46.6 30.8 30.4 单束团，3/15 19：00-3/18 18：00加速器停束70.5小时 14 裂变靶室 2018/3/20 8:43 2018/3/26 8:00 143.3 102.5 82.3 15 16 2018/3/26 8:07 2018/4/4 10:56 218.8 122.9 113.8 与CMOS并行实验 17 2018/4/7 8:09 69.2 27.6 27.1 单束团 18 FIXM 2018/4/7 8:45 2018/4/9 0:01 39.3 35.3 31.8 19 2018/4/25 12:05 2018/5/2 4:33 160.5 94.7 94.6 20 NTOX 2018/5/2 8:49 2018/5/7 8:10 119.3 45.7 21 2018/5/7 8:57 2018/7/2 9:19 371.6 245.5 235.5 5/9 11:00:00-5/24 8：00加速器停束355.8小时 5/28 23:00:00-6/23 16：00加速器停束617小时 22 21所单粒子 2018/5/24 8:45 319.6 223.3 214.0 与LPDA并行实验 23 2018/7/2 9:38 2018/7/9 9:55 168.3 153.1 143.2 24 华为实验 2018/7/10 14:10 2018/7/11 0:37 10.5 5.3 3.4 25 2018/7/11 0:56 2018/7/11 16:52 15.9 13.7 12.7 26 束内本底 2018/7/11 19:30 2018/7/13 14:18 42.8 39.0 27 2018/7/13 14:43 2018/7/14 9:05 18.4 17.5 12.8 28 2018/7/14 9:10 2018/7/16 15:00 53.8 19.1 29 2018/7/16 16:24 2018/7/20 8:10 87.8 83.5 72.0 30 2018/7/16 16:44 2018/7/18 10:13 41.5 37.8 33.6 31 2018/7/18 10:47 2018/7/19 2:45 16.0 16.3 32 9院中子照相

11 实验时间及统计 截至2018年7月20日，“Back-n”提供束流时间（包括并行实验时间）为2075小时。其中实验净时间为1881小时，带束准备时间194小时，反角白光中子源运行效率89.7%（按净时间估算）。

12 束线运行情况 受建设经费限制，几乎所有设备都是国产设备；
通用、真空、控制、机械等设备，都稳定运行，实验中中没有出现因固件原因出现中途停机维修情况；日常运行至今目前还没有出现大的维修。 主要故障： 中子通道2真空阀门故障一次（在保修期内）； 控制室显示屏坏了两块（在保修期内） ；

13 控制：根据需要进行的完善及调整 1. 更新了高压电源控制界面； 2.增加了声音报警系统测试界面、CT显示界面和束流打靶功率历史曲线界面；
3.修改了白光中子开关控制界面（换成不同颜色），在PPS锁定的状态下禁止点刹车或急停按钮，防止误操作； 4.修改了白光控制室显示的CSNS运行状态界面，将脉冲宽度替换为脉冲束团个数； 5.增加了加速器停束、出束的声音报警和提醒​； 6.增加了用于判断束流状态的PV，方便白光实验用于统计束流时间。

14 实验情况 但目前位置参与测量实验各探测器工作都正常，开展了样品实验。 问题： FCT数据及时间标签：
电子学机箱（PXI）控制器出现了一次死机，造成取数终止，重启后恢复正常； 数据采集调理电路SCM板坏了3个通道；可能部分探测器电压过高（正在核实）造成的损坏，原来没有考虑到多备份，损失频率超出预期。 FCT数据及时间标签： 增加FCT波形本底存储分析； 修改中子流强时间标签（中子学部记录）和本底接受的标签不一致问题。

15 外单位实验管理 白光这边已经有合作单位人员在园区做实验；白光这边补充了运行、值班和用户实验管理规定；
2017年9月就开始起草“操作手册”；规范了值班员的操作和明确职责。 对外单位人员加强了管理，强调实验厅和隧道（辐射区）管理规定，符合CSNS管理要求。

16 下半年运行及实验计划 实验类型 数量 实验单位 实验内容 中子辐照 3 深圳大学、南开大学、西核所 材料改性及辐照、器件SEE 核数据 6
应物所、西核所、北大、九院、原子能院 伽玛产生截面、俘获截面、带电粒子产生截面等； 探测器标定 2 西核所 靶室灵敏度标定 中子照相 1 照相 中子束流特征 1-2 合作内部 机器研究 用户时间按照 （不确定）进行评审确定，机器研究预留300小时；

17 小结 反角白光中子源将成为国际上重要的核数据测量装置，大大提高我国在核数据的测量方面的国际地位。为我国核工业发展提供基础的支撑作用。
反角白光中子源受建设费限制，备品备件几乎没有。后续运行中还需要各级领导给予更多的支持，保证反角白光中子源稳定运行，做出更多更好的成果。

18 谢谢大家！ 简述一下科研情况