[论文解读] Neutron Scattering Instrumentation at Compact Neutron Sources

Sarah Böhm, Tobias Cronert+11 more|arXiv (Cornell University)|Sep 7, 2018

Nuclear Physics and Applications被引用 2

一句话总结

本文提出了一套针对紧凑型加速器驱动中子源（CANS）的中子散射仪器框架，强调其在提供经济实惠、灵活且可及的中子散射能力方面的潜力。该框架概述了设计准则、性能基准以及相较于传统反应堆和散裂源的优势，突出CANS作为可持续发展欧洲中子科学的可扩展解决方案。

ABSTRACT

There is currently a strong interest in Compact Accelerator-based Neutron Source (CANS) as a possible new type of source for neutron scattering experiments. A workshop around the "Neutron scattering instrumentation around CANS" was organized in July 2017 between several European institutes. This report summarizes the main outcome of the discussions. The document is aiming at providing general guidelines for the instrumentation around CANS. Detailed technical discussions are or will be provided in specific publications.

研究动机与目标

• 应对欧洲大型中子散射设施因反应堆老化和新型散裂源成本高昂而导致的可用性下降问题。
• 探索紧凑型加速器驱动中子源（CANS）作为核反应堆和散裂源的经济高效替代方案的可行性。
• 为专为CANS设计的中子散射仪器建立技术准则与性能基准。
• 通过可扩展、低成本的设施实现更广泛的用户接入，支持中子散射研究的长期可持续发展。
• 推动CANS作为学术界与工业用户（包括快速接入与长期实验项目）的可行平台。

提出的方法

• 汇编最先进的CANS设施，包括LENS（美国）、RANS（日本）以及保罗谢勒研究所（瑞士）的CANS，以评估其性能与仪器能力。
• 通过参考仪器与性能指标，将中子散射仪器与ISIS、ILL和ESS等既定设施进行基准对比。
• 制定蒙特卡洛模拟中的标准化能量分箱规范（例如：快中子 >10 keV，热中子 10–500 meV，冷中子 1–10 meV），以确保不同CANS设计间模拟结果的可比性。
• 根据束流尺寸、发散角与带宽对仪器进行分类，以指导CANS上的设计与性能预期。
• 利用现有实验数据（例如LENS上SANS测量达到0.1 cm⁻¹分辨率）验证CANS上仪器的性能。
• 分析运行优势，包括更低的许可门槛、更低的运行成本，以及在用户接入与长期项目方面更高的灵活性。

实验结果

研究问题

• RQ1 紧凑型加速器驱动中子源（CANS）能否提供足够的中子通量与性能，以支持广泛的中子散射技术？
• RQ2 中子散射仪器在CANS上有效运行所需的关键设计与性能参数是什么？
• RQ3 基于CANS的仪器性能特征与ISIS、ILL和ESS等主要国际设施相比如何？
• RQ4 CANS相较于传统核反应堆与散裂源在运行与管理方面具有哪些优势？
• RQ5 CANS在多大程度上能够实现中子散射的普惠化，特别是对工业界与高校用户？

主要发现

• CANS可实现高达0.1 cm⁻¹的SANS分辨率，与现有用户设施上大型SANS仪器的性能相当。
• 印第安纳大学的LENS设施表明，CANS可支持高性能仪器，包括SANS、自旋回声与层析成像，其束流参数适用于先进散射实验。
• 已提出标准化的能量分箱规范（例如：热中子：10–500 meV，冷中子：1–10 meV），以确保不同CANS设计间蒙特卡洛模拟结果的一致性比较。
• CANS在运行方面具有显著优势，包括成本更低、监管负担更轻，以及在快速接入与长期用户项目方面灵活性更高。
• CANS网络可提供一种可扩展、分布式的中子散射基础设施，可能维持甚至扩展超出ESS等大型设施所能支持的用户规模。
• 对SANS1@MLZ、EROS@LLB与IN5@ILL等仪器的基准测试，为CANS上仪器的设计提供了性能参考。