中子应力谱仪准直器的模拟计算

　　中子散射实验中，对中子束进行动量分析要求中子束必须是准直的。国际上，通常利用准直器来获得准直的中子束。最简单的准直器是用吸收中子的材料制作的单狭缝光栏。单狭缝准直器允许透过的中子束强度太弱，一般难以满足实验的要求。为了增加中子束的强度，通常使用一组平行狭缝构成多缝准直器，外形和结构如图1所示，这种准直器称为Soller准直器[1]。

　　目前，Solle:准直器是普遍认定的技术比较成熟、性能稳定且工业化生产的标准准直器，所以我们设计的中子应力谱仪准直系统可以考虑这种准直器来完成对中子束的准直。，该准直系统主要由第一准直器、第二准直器和第三准直器等组成，通过设定和改变它们的发散角、长度等物理和几何参数来研究谱仪的分辨率、强度，以及它们对降低本底的影响。

　　1 模拟方法与建立模型

　　1.1Mcstas计算程序的介绍

　　此次模拟计算使用的Mcstas程序包由丹麦RIS中国家实验室首先编写使用，该程序现在被广泛用于欧洲、美洲等许多世界著名的中子散射实验室[’]。它通过模拟中子在谱仪各部分的行进过程来发现和解决新谱仪的设计和旧谱仪的使用、改造所遇到的问题，以便更经济、更迅速地找到实现谱仪指标的最佳配置和最佳构型。

　　Mestas程序[4]包主要包括3大部分:(l)Mestas编辑器;(2)Mestas源语言(meta一langua罗，一种专为满足中子散射谱仪模拟而设计的语言);(3)Mcstas谱仪各组件库。Mcstas程序包对谱仪的模拟可以分为四步:

　　l)模拟从中子源到探测器整个中子散射的物理过程;

　　2)模拟整个谱仪的空间几何，例如谱仪各组件所处位置和谱仪构型;

　　3)利用蒙特卡罗技术对谱仪特性进行精确计算，并估计出计算值的精确性;

　　4)输出计算结果及图形。

　　通过这样的模拟路线和过程，最终就可以找到我们需要的方案和设计。

　　1.2中子应力谱仪准直系统模型的建立[5]

　　模拟中假定水平孔道人口处中子能谱服从Max-wen分布，总热中子注量8.76xl0，，n·。m一’·s一’，中子温度是320K。中子束流从水平孔道引出经第一准直器准直后人射到单色器上，单色器将满足布拉格条件的单色中子反射出来，经第二准直器和限束光阑人射到样品上，样品产生的衍射束经限束光阑后被探测器记录。使用垂直聚焦单色器，单色器距离孔道出口Zm，焦距可调;第二准直器位于单色器屏蔽大鼓内，样品台到单色器的距离为1.5m~2.Om可变。通过在样品前放置一个限束光阑减小人射束的截面，并在样品后放置一个限束光阑来限定标样体积。限束光阑可以是用热中子吸收截面大的镐片制成的矩形孔。为减少测量时间，提高测量效率，探测器使用二维位置灵敏探测器，到样品距离为0.sm一1.sm之间可调，以适应不同强度和分辨的需要。应力测量时，探测器放在衍射角205二90“附近，这时标样体积元近似为立方体。