热中子三轴谱仪二维多分析器系统的预研

The thermal neutron triple-axis spectrometer (TAS) has the advantages of high flux, strong flexibility and simplicity in operating and date treatment processes. While it has made great contributions to the condensed matter physics historically, its shortcoming of measuring one point a time makes it harder and harder to meet the requirements of scientific researches. Therefore, one of the most important common trends in improving the TAS is to develop a multi-analyzer system to measure multiple points at the same time. Such systems usually consistent of multiple crystals aligned horizontally, so only some points along a line within the reciprocal space is able to be measured. We propose to develop a new two dimensional (2D) multi-analyzer system to utilize both the horizontal and vertical directions so that a surface within the reciprocal space can be detected, thereby greatly improving the measurement efficiency. Due to the expensive cost for a real system, it is necessary to have some preliminary research to test the feasibility of the idea and obtain some important parameters. This project will develop a preliminary 2D multi-analyzer system based on our thermal TAS at China Advanced Research Reactor in Fangshan, Beijing. Our results will help us a lot to build a practical 2D multi-analyzer system.

热中子三轴谱仪具有通量高、适应性强、操作和信号处理简单的特点，因此在历史上为凝聚态物理学的发展做出了很大贡献。但是随着时代的发展，它每次只能测量一点的缺点越来越无法满足科研的需求。因此，研制多分析器系统从而能够在同一时间测量多个点也自然成为目前改善三轴谱仪性能的重点之一。目前，多分析器系统都由按水平方向排列的多块单晶组成，因此只能测量倒空间内某一条线上的若干点。我们构想的新型二维多分析器系统则同时利用了水平和垂直两个方向，因此可以获得倒空间内一个面的信息，从而极大地提高了测量效率。由于实际的系统花费高昂，我们有必要进行前期的预研来测试其可行性和获得一些重要的参数。本项目将依托我们在北京市房山的中国先进研究堆所建造的热中子三轴谱仪来搭建二维多分析器系统的原型机。我们的结果将对将来建造实用的二维多分析器系统做出重要贡献。

热中子三轴谱仪具有通量高、适应性强、操作和信号处理简单的特点，但它每次只能测量一点的缺点越来越无法满足科研的需求。因此，研制多分析器系统从而能够在同一时间测量多个点也自然成为目前改善三轴谱仪性能的重点之一。在本课题中，我们对二维多分析器系统进行了模拟，得到了不同出射中子能量和转移能量下，所能测到的三维倒格空间中的格点，并根据中子散射公式能给出某一能量下的弧形支架的弯曲度大小。我们设计并加工了两种新型二维多分析器模型机，分别是固定支架型和可调整支架型，设计加工了二维探测器系统，搭建了控制系统，组装了主要的探测器电子学部件，编写了系统控制软件。多分析器系统能够同时利用水平和垂直两个方向，从而获得倒空间内一个面的信息，能够极大地提高测量效率。由于房山反应堆实际开堆时间非常有限，我们没能得到有效的实验数据，但是会在今年的开堆工作中进一步完善测试工作。我们在本课题中开展的前期预研工作能够初步测试二维多分析器建造的可行性，并获得一些重要的参数。本课题将依托我们在北京市房山的中国先进研究堆所建造的“翠竹”热中子三轴谱仪来搭建二维多分析器系统的原型机，并充分检测其优缺点。我们的结果将对将来建造实用的二维多分析器系统做出重要贡献，提供实验引导和技术支持，从而为凝聚态物理等各个领域的研究提供更加强大和完备的实验设施条件。