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中子散射简介 2005.5.17 内容 中子散射的重要性及国际现状 中子散射的特点 中子与中子源 中子散射的基本概念 中子散射技术的应用及典型设备 我国中子散射的现状与未来 中子散射的重要性及国际现状 当今人类的生活质量极大的依赖于我们对材料性能的了解和控制，而材料的性能最终取决于其微观结构。 Χ—射线、光、电子、中子散射等。这些技术中的每一种都是最适合于探测结构和动力学的某一方面，彼此互补。 对一些技术上重要的材料如塑料、蛋白质、聚合物、纤维、液晶、陶瓷、硬磁和超导等的微观结构以及对基础物理如相变、量子流体和自发有序等方面的研究，中子散射都做出了重要贡献。 中子散射的重要性及国际现状 中子散射技术自20世纪50年代奠基以来，一直受到极大的重视并得到迅速发展。目前，它已广泛用于生物、医药、物理、化学、高分子、冶金、材料和地矿等各种学科及工业应用中。如在生命科学中，中子小角散射用来研究分子尺寸大小、生物膜的结构、核糖体的形状、甚至流行性感冒病毒的内在结构。化学家用中子散射检验聚合物链重叠的程度、液晶的结构和行为、分子在自由表面和液体与固体界面的位置和取向等。物理学家和冶金学家用中子散射研究凝聚态物理和新型材料等活跃的基础和应用学科。 中子散射的重要性及国际现状 中子散射目前正处于方兴未艾、蓬勃发展的阶段，正由基础研究向广泛的工业应用延拓，其重要性将越来越明显地表现出来。瑞典皇家科学院将1994年诺贝尔物理奖授予为开拓中子散射技术作出重要贡献的两位科学家—美国的Shull教授和加拿大的Brockhouse教授，这标志着中子散射的重要性已经得到国际学术界的公认。 在工程、材料、器件乃至生物医学方面都在向更精细、更微观的世界进军。电子技术的不断微型化，纳米材料的出现，有机材料、生物、医学在分子基础上的不断发展，中子散射是研究其结构的理想探针。 中子散射的重要性及国际现状 中子散射现已成为一个专门的技术领域。国际上这一领域的专业人员约为五千人。这一领域的国际交流是很频繁的，每二年或三年不仅有国际晶体学大会的中子散射卫星会，而且有专门的国际中子散射会议。国际原子能机构几乎每两年就搞一次中子散射的培训班。 在欧、美等国每年还举办夏日学校(summer school)、工作短训班(training course)和研讨会(workshop), 日本和印尼每年联合举办亚太地区研究堆利用研讨会，中子散射是其中一项主要内容。其目的都在于交换信息和培训人才。中子散射有自己的专业杂志，中子散射的研究成果遍及物理、化学、生物及材料等各种专业杂志。 中子散射的重要性及国际现状 世界上用于中子散射的反应堆约有50座：欧洲有23座，美洲8座，亚太地区16座，俄罗斯3座。散裂中子源5个。 欧洲一直处于中子散射研究的领先地位，日本也后起直追发展很快。由丹麦、法国、德国、瑞士、英国等国联合建造的新的欧洲散裂源(ESS) 预计到2010年可投入运行。 德国在慕尼黑已经建成一个20MW的用于中子散射的高通量堆FRM-II。澳大利亚、加拿大也都在建新的反应堆。 美国已感到了自己在中子散射研究方面的落后状态，其能源部决定提供经费在ORNL建造新的散裂中子源(SNS)，由美国六大中子散射研究中心合作进行，并提出了建造37台谱仪的方案。 什么是中子散射? 一束中子被样品散射后，通过测量其能量和动量的变化来研究在原子、分子尺度上各种物质的结构和微观运动规律。 即原子、分子在哪里？ 原子、分子在做什么？ 什么是中子散射? 中子散射的特点 中子不带电荷 具有极强的穿透力，因而中子散射研究的是体效应，更接近实际。 可以开展极端物理条件下的中子散射实验研究。 其非破坏性，更有利于生物样品的研究。 中子散射的特点 中子具有波、粒二重性，热中子波长和能量与凝聚态物质中原子间距离和一些元激发能相当。其散射强度能定量的与样品的结构和动力学性质相关，能研究静态结构和动态图像。 中子散射的特点 中子散射是核散射，散射长度随Z不规则变化，允许我们去看轻元素尤其是氢，对鉴别周期表上的近邻元素有利。 中子散射的特点 散射长度随A不规则变化，可鉴别同位素，对特定的元素能同用位素替代，以便更仔细地给出结构和动力学信息，如氘化。 中子散射的特点 中子具有磁矩，对研究微观磁结构和磁波动，中子是理想的探针。 中子是个弱探针，对实验系统扰动很微弱，这有助于理论解释，也常常意味着，中子散射在许多领域提供更为可信的结果。 中子散射的特点 热中子散射正是充分发挥了中子所具有的独特性，使之成为在许多科学问题的探索上用其它技术手段无法替代的工具。它既有广泛的应用性，又具有基础研究的能力。 中子散射的缺点 中子源设备庞大，造价高。 强