[科普中國(guó)]-北京大學(xué)高強(qiáng)度中子衍射儀

介紹

北京大學(xué)高強(qiáng)度中子衍射儀（PKU-HIPD）是由北京大學(xué)物理學(xué)院楊金波教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，與美國(guó)密蘇里大學(xué)和中國(guó)原子能科學(xué)研究院共同開發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的高端譜儀，是依托我國(guó)中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）的大科學(xué)研究平臺(tái)之一，其最佳分辨率為千分之二。雙聚焦中子單色器和位置靈敏探測(cè)器的使用大大提高了中子利用率。

歷時(shí)三年的努力，2013年4月24日在中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）上北京大學(xué)高強(qiáng)度中子衍射儀（PKU-HIPD）正式安裝完畢，并成功進(jìn)行了預(yù)調(diào)試。這是在“985”項(xiàng)目支持下，北京大學(xué)首次在國(guó)家大科學(xué)工程裝置上成功建設(shè)的實(shí)驗(yàn)工作站。

中國(guó)先進(jìn)研究堆中國(guó)先進(jìn)研究堆（CARR）由中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主研發(fā)、設(shè)計(jì)和建造，是一座高性能、多用途、安全可靠的核反應(yīng)堆裝置，并配套相關(guān)實(shí)驗(yàn)終端，可開展核物理與核化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)和相關(guān)應(yīng)用研究。反應(yīng)堆功率為60MW，重水反射層最高未擾熱中子注量率達(dá)8×1014n/cm2·s，在同類中子束流研究堆中其主要技術(shù)指標(biāo)位居于亞洲第一，世界前列。

雙束孔道B束上，建設(shè)1臺(tái)高強(qiáng)度粉末衍射儀（HIPD）。該譜儀具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，能與中國(guó)原子能科學(xué)研究院自主設(shè)計(jì)加工的高分辨粉末衍射儀（HRPD）功能互補(bǔ)，有利于實(shí)現(xiàn)高分辨和高效率測(cè)量的完美組合。 高強(qiáng)度粉末衍射儀裝備了硅彎晶雙聚焦單色器、振蕩型準(zhǔn)直器和位置靈敏探測(cè)器，具有分辨率高，數(shù)據(jù)采集速率高的特點(diǎn)，最優(yōu)分辨達(dá)到0.2%，可針對(duì)微量樣品、對(duì)中子具有高吸收的元素樣品（如Gd、Sm和B），在加裝高低溫、高壓、磁場(chǎng)等樣品環(huán)境的條件下開展原位化學(xué)反應(yīng)、相變，甚至動(dòng)力學(xué)方面的研究。2

2013年4月，高強(qiáng)度粉末衍射儀部件運(yùn)抵中國(guó)原子能科學(xué)研究院，在中國(guó)原子能科學(xué)研究院、北京大學(xué)和美國(guó)密蘇里大學(xué)三方共同努力下，5月初成功完成了譜儀的安裝和離線光學(xué)調(diào)試。圖1為高強(qiáng)度粉末衍射儀安裝前、后的照片。

發(fā)展意義相比于常規(guī)的中子衍射儀，北京大學(xué)高強(qiáng)度中子衍射儀具有在滿足較高分辨水平的條件下將探測(cè)效率數(shù)倍提高的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了我國(guó)高強(qiáng)度譜儀的空白。這個(gè)項(xiàng)目將大大推動(dòng)我國(guó)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)研究和工業(yè)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，同時(shí)開創(chuàng)了我國(guó)高等院校和科研機(jī)構(gòu)共同建設(shè)國(guó)家大科學(xué)工程平臺(tái)的先例，為充分利用國(guó)家大科學(xué)裝置開展科學(xué)研究提供了良好的基礎(chǔ)。2

帶束調(diào)試2013年12月，在反應(yīng)堆穩(wěn)定供束的條件下，高強(qiáng)度粉末衍射伩進(jìn)行了帶束調(diào)試，并成功獲得了單色中子束和標(biāo)準(zhǔn)樣品Ni的衍射譜。擬合標(biāo)準(zhǔn)樣品Ni的中子衍射數(shù)據(jù)，確定其波長(zhǎng)為2.316A。2

2014年度，中國(guó)原子能科學(xué)研究院粉末衍射組將與北京大學(xué)共同開展譜儀的在線調(diào)試和優(yōu)化工作，使其達(dá)到面向國(guó)內(nèi)外用戶開放的條件。