CSNS工程衍射仪的应用预研与规划-Indico@IHEP.ppt

1、副研究员申请报告罗万居实验物理中心，东莞分部，通用粉末衍射谱仪组申请岗位：CSNS谱仪设计与建造2014/2/,内容提要,个人简历科研与工程建设工作博士与博士后工作经历通用粉末衍射谱仪（GPPD）工作GPPD带宽斩波器物理设计GPPD屏蔽物理设计未来工作计划科研工作成果,个人简历,2010.2今 中科院高能物理所 CSNS谱仪 助理研究员2007.102010.1 中科院电工研究所 电气工程 博士后2004.32007.7 中科院物理研究所 凝聚态物理 博士2000.82003.7 中科院近代物理所 粒子物理与原子核物理 硕士1996.92000.7 江西师范大学 物理教育 学士,学术经历（博

2、士）:钙钛矿钴氧化物的自旋态转变与相图,W. Luo, et al., Appl. Phys. Lett. 90, 162515 (2007).,钙钛矿钴氧化物属于强关联电子体系，它不仅具有庞磁电阻效应而且拥有独特的自旋态转变性质，对它的研究有助于更深、更广地理解强关联电子物理。 我的工作是利用X射线、中子衍射、磁电测量工具，系统地研究了La1-xBaxCoO3的晶体结构、磁结构，动、静态磁性以及电输运性质等。建议了自旋态转变模型，构建了详细的磁电相图。,学术经历（博士后）:多铁体 (Multiferroics)铁酸铋的研究,G型反铁磁，62 nm 螺磁性周期,W. Luo, et al.,

3、Appl. Phys. Lett. 94, 202507 (2009).,GPPD带宽斩波器物理设计,实验所需要带宽为波长为0.1 4.9 的中子。利用带宽斩波器从白光中子源选取所需波长中子，截断不需要的波长中子，减小背底噪声，提高信噪比。,耦合窄化液氢慢化器,带宽斩波器设计基本原理：中子飞行时间法(TOF),中子速度：,中子通过时间窗：,转盘开口宽度：,脉冲频率：f 25 Hz脉冲周期：T 40 ms,初始相位角：,2. 中子束流的光束展宽使得开关窗有个过程: 导管横截面积48 cm2,t0,t,S,t0,0.1 ,4.9 ,1.中子脉冲的时间展宽：轰击靶体的入射质子具有一定的脉冲宽度以及在

4、慢化器内中子路径不确定性。,3. 斩波器转盘窗口形状会影响开启和关闭过程中的开通截面，进而影响束流强度。,带宽斩波器设计基本原理：中子飞行时间法(TOF),GPPD三套带宽斩波器的设计方案,波长为47.84 48.48 或更长的中子通量非常微弱，对整个衍射的数据影响可以忽略！,T1斩波器带宽窗口的确定：,T2带宽斩波器位置的确定：,time t (ms),detector,0,0,5,10,15,20,25,30,L (m),40,80,120,160,200,240,280,T1,T2,T3,(Modified NormalT2)/NormalT2,斩波器配置对束流强度的影响,将转盘转速成倍

5、提高有利于将中子边缘切割得更加锐利、提高中子通量。双盘斩波器不仅可以较大提高中子通量，而且可以实现带宽可调。,1. 将T2速度加倍； 2 . 增加单盘T3；3. 增加双盘T3； 4. 增加单盘T3，单盘T4。,GPPD斩波器设计：蒙特卡罗模拟计算（Vitess）,GPPD带宽斩波器蒙特卡罗模拟结果,GPPD带宽斩波器系统设计小结,LT1=7.35m, LT2=10.3m，LT311.6m两套单盘、一套双盘斩波器方案,建议GPPD三套带宽斩波器的设计方案：,方案优点：在保证背底最小的前提下，窗口偏移设置尽可能地提高中子通量；双盘结构可以灵活的实现带宽可调。,GPPD斩波器的工作联系单,CSNS

6、工作：GPPD 束线屏蔽物理设计,采用FLUKA软件，选择屏蔽材料、设计屏蔽体结构，模拟谱仪周围的辐射剂量分布，实现屏蔽逃逸的中子以及伽玛射线，达到屏蔽体外的最大剂量不超过2.5uSv/hr，以确保工作人员、仪器设备安全，降低实验背底。,GPPD屏蔽物理设计,Primary beamline,Secondarybeamline,利用FLUKA程序，计算量：整体空间（包括束线周围和散射室内外）剂量当量.,GPPD屏蔽物理设计,特点：Line18，束线与近邻束线夹角，左边8度，右边12度；6米处宽度分别为: 42cm和63cm；T0位于6.5米处，长：0.6米（6.257.85米），上75.0 c

7、m，下30.0cm，左右各50.0 cm 。两侧安装空间有限：适当选择材料、充分利用活动屏蔽谱仪总长度35米：分段计算,优化计算源项,GPPD屏蔽物理设计特点与难点,(2) GPPD 束线屏蔽模型,0 4 6 9 10.3 11.6 16 28,T0 closed T0 open T0 open T0 open 满足最高安全需求,GPPD屏蔽物理设计方案,(2) GPPD散射室屏蔽模型,选择不同散射能力的样品：水、真空、铁、钆、锰等，观察其对散射室墙壁厚度要求变化，选择最厚需求。设计中子垃圾桶（beam stop)不同形状并选择不同材料加以比较,GPPD屏蔽物理设计方案,10x10 cm2 s

8、urface source in a 2-degree cone1.0 m from the moderator 1.44E+12 n/s at 500 kW,(2) GPPD屏蔽计算中子源项,Calculated via MCNPX,Calculated via Vitess,GPPD屏蔽物理设计方案,蒙特卡罗模拟计算 （混合材料 6-9m, T0 closed）,材料选择与配比优化计算结果,Beamstop 优化计算,T0上方材料配比优化计算,T0上方当低碳钢厚度为45cm，普通混凝土为85cm时为最佳屏蔽选择。Beam stop 低碳钢厚度选50 cm，配以适当厚度的普通混凝土是合适选择

9、。,比较四种屏蔽材料（普通混凝土、重混凝土，低碳钢，以及普通混凝土与低碳钢混合搭配）设置的屏蔽效果，得到普通混凝土与低碳钢混合结构屏蔽效果最佳。,低碳钢与混凝土配比优化结果,Beam line 14-27米之间低碳钢厚度为18厘米左右为最佳屏蔽。,优化结构的束线剂量分布图,优化结构的束线剂量分布图,散射室剂量分布图,其他工作：T0 转子的活化分析,GPPD束线屏蔽设计工作小结,通过优化几何结构模型，比较不同材料及其配比的屏蔽效果，获得了GPPD束线屏蔽与散射室屏蔽的设计结果，采用一定厚度普通混凝土和低碳钢组合，可以将屏蔽体外的辐射剂量降低到安全值2.5uSv/hr或更小值.,其他工作：中子工程

10、谱仪项目的调研,中国工程院材料基因组计划快速测试平台中子工程谱仪：国际现状、科学目标、国内工程材料的需求,中子工程谱仪根据中子源不同可以分为反应堆谱仪和散裂源谱仪：反应堆谱仪主要应用于绘制应力图、晶体织构分析、颗粒间应力 、形变与位错等；而散裂源谱仪不仅用于传统的测量，而且还增加了化学反应过程、表面工程、相变动力学，工程部件的原位响应等测量。中子工程谱仪发展历史相对较长，应用广泛，目前公开发表的中子工程谱仪的科研成果文章超过2000篇。我国从事工程材料研究的科研人员众多，但利用中子工程谱仪做工程材料研究的人员相对较少。,未来工作计划,全面完成GPPD屏蔽物理设计中子工程谱仪的预研、设计与申报开

11、展与中子衍射相关的科学研究其他与CSNS相关的工作,学术成果:文章发表,Fei Shen, Tai-ran Liang, Wan-ju Luo,Wen Yin, Quan-zhi Yu, Zhi-rong Zeng , and Tian-jiao Liang, “Preliminary Shielding Design of CSNS Day-one Neutron Instruments”, Progress in Nuclear Science and Technology (accepted, in publishing)Wanju Luo, Shuxia Zhang, Donglian

12、g Wang, Yanwei Ma, Fangwei Wang, and Kazuo Watanabe, “Magnetic annealing effects on the magnetic properties of multiferroic BiFeO3 ceramics”, J. Magn. Magn. Mater. 324, 2458 (2012. 8). Shuxia Zhang, Wanju Luo, Lei Wang, Dongliang Wang, Yanwei Ma, “Simultaneously improved magnetization and polarizati

13、on in BiFeO3 based multiferroic composites”, J. Appl. Phys. 107, 054110 (2010). Wanju Luo and Fangwei Wang, “Phase separation in the spin-state transition system of La1-xBaxCoO3”, J. Solid State Chem. 182, 3171 (2009).Wanju Luo, Dongliang Wang, Fangwei Wang, Tao Liu, Jianwang Cai, Liyan Zhang, and Y

14、ulong Liu, “Room-temperature simultaneously enhanced magnetization and electric polarization in BiFeO3 ceramic synthesized by magnetic annealing”, Appl. Phys. Lett. 94 (20), 202507 (2009).,小结：发表论文31篇(SCI25)，其中第一作者13篇(SCI12)，SCI他引总次数100余次；会议报告7(国际1)次，申请国家发明专利3（第一发明人2）项,第一发明人授权1项；科研项目资助2项（博士后基金项目），中科院

15、研究生院三好学生1次，国际晶体学会（ICDD）荣誉奖1次。,学术成果:文章发表（续）,Wanju Luo, Dongliang Wang, Xiande Peng, Fangwei Wang; “Microwave synthesis and phase transitions in nanoscale BiFeO3”, J. Sol-Gel Sci. Technol. 51, 53 (2009).Shuxia Zhang, Wanju Luo, Dongliang Wang, Yanwei Ma, “Phase evolution and magnetic property of Bi1xD

16、yxFeO3 ceramics”, Mater. Lett. 63, 1820 (2009). Wanju Luo and Fangwei Wang, “Superparamagnetic properties of La1-xBaxCoO3 (0.0 x 0.18)”, J. Magn. Magn. Mater. 321, 1280 (2009). Wanju Luo and Fangwei Wang, “Response to comment on Cluster glass induced exchange effect in the perovskite cobaltites”, Ap

17、pl. Phys. Lett. 93, 17602 (2008).Wanju Luo and Fangwei Wang, “Cluster glass induced exchange bias-like ffect in the perovskite cobaltites”, Appl. Phys. Lett. 90 (16), 162515 (2007). Wanju Luo and Fangwei Wang, “Structural transition, magnetic and transport properties of La0.70Ln 0.05Sr0.25CoO3”, Pha

18、se Transit. 80 (3) 185-190 (2007).Wanju Luo and Fangwei Wang, “Powder X-ray diffraction and Rietveld analysis of La1-xBaxCoO3 (0 x 0.5)”, Powder Diffr. 21 (4), 304-306 (2006). Wanju Luo, Fengjun Shi, and Fangwei Wang, “Ionic Size Effect on Magnetic and Electronic Properties of La0.70A0.05Sr0.25CoO3”

19、, J. Magn. Magn. Mater. 305, 509-313 (2006).,学术成果:会议报告,罗万居；CSNS工程衍射仪的应用预研与规划；国家中子源多学科应用研讨会2010，珠海。罗万居，张书霞，王栋樑，马衍伟，彭先德，王芳卫；铁酸铋陶瓷的微波合成研究；中国物理学会2009秋季会议，上海，2009年9月。张书霞，罗万居，王栋樑，马衍伟；Dy和Ti在BiFeO3中共掺杂诱导的相演变及多铁性研究；中国物理学会2009 年秋季学术会议, 上海市，2009年9月.Wanju Luo, Dongliang Wang, Yanwei Ma, Xiande Peng, Fangwei Wan

20、g, Tao Liu, and Jianwang Cai; Simultaneously enhanced magnetization and polarization in BiFeO3 ceramics synthesized by magnetic annealing method; Joint meeting of 12th international meeting on ferroelectricity & 18th IEEE international symposium on the applications of ferroelectrics, Xian China, Aug

21、ust 23-27, 2009, KO-026.罗万居，王栋樑， 王军红，马衍伟，彭先德，王芳卫；多铁体BiFeO3的强磁场处理研究；第十三届全国磁学磁性材料会议，宜昌市，2008 年11 月，P363.罗万居，王芳卫；Structural phase transition from R-3c to Pbnm in La0.70Ln0.05Sr0.25CoO3；第九届全国X-射线衍射学术大会暨国际衍射数据中心(ICDD)研讨会，浙江杭州，2006年10月，P225.罗万居，王芳卫；Crystal structure of La1-xBaxCoO3；第九届全国X-射线衍射学术大会暨国际衍射数据中

22、心(ICDD)研讨会，浙江杭州，2006年10月，P 221.罗万居，王芳卫，石峰军；La0.70A0.05Sr0.25CoO3的晶体结构与磁电性质的关联研究；第十二届全国磁学磁性材料会议，武夷山市，2005 年11 月，P100.,学术成果:专利、项目资助与获奖,罗万居，王栋樑，马衍伟；发明专利，“一种BiFeO3纳米颗粒和微粒的制备方法”；申请号：200810106040.9；申请日：2008.05.07.罗万居，王军红，王栋樑，刘敏，马衍伟；发明专利，“一种多铁性材料的强磁场制备方法”；申请号：200810112290.3；申请日：2008.05.22;授权公告号 CN 101279841 B,授权公告日 2012.07.04余鹏，张熊，罗万居，陈尧，马衍伟。一种层状-MnO2纳米颗粒的制备方法。申请号：200810224177.4；申请日：2008.10.24.中科院王宽诚博士后奖励基金项目（2007年）中国博士后科学基金面上项目二等资助（20080430580）国际晶体学会（ICDD）荣誉奖章 （2013）,谢谢!,