NISTNeutronCenter.docx
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NISTNeutronCenter
NIST中子散射中心现状和升级计划介绍
一，NIST中子研究中心简要介绍
概述
组织结构和人员
经费
中子源
中子谱仪
实验和技术支撑体系
对外合作和用户政策
成绩和国际地位
二，升级计划简要介绍
背景
目标
具体内容
新建仪器简介
总结
NIST中子研究中心简要介绍
概述
NISTCenterforneutronresearch（NCNR）是属于美国商业部管辖的一个开放性国家级中子科学研究中心，它的主要任务是发展并保持先进中子散射测量技术以满足美国工业界、学术界和政府机构的研究需求。
它是美国目前最主要的中子科学研究中心，其所服务的科学家和工程师数超过美国所有其他同类机构的总和，完成超过三分之二的中子科学研究，其地位和重要性可见一斑。
主要通过发展先进的中子散射等技术，该中心所服务研究领域极其广泛，从燃料电池，药物传递到超导材料等等。
每年有来自140多个大学，40多个企业和近40个政府机构超过2000名研究人员直接受益于在NCNR的研究活动。
NCNR也是世界上最著名的中子散射研究中心之一，它运行稳定，服务优质，成绩卓著，得到外界广泛好评。
NCNR自身保持不断发展，尤其是近来的扩建计划（expansion），为其带来新的活力和机遇。
组织结构和人员
主任总体负责领导，主要下设三个大部门：
反应堆运行部（TheOperationsandEngineeringGroup）、设备部（TheResearchFacilitiesOperationsGroup）、科学部（TheNeutronCondensedMatterScienceGroup），详见图1。
三个部门的共同努力保证了给中心的平稳安全运行、优质服务水品、有效对外沟通服务能力和一流科研产出。
另外在中心工作的还有辐射剂量部门、保健部门和核物理方法组，相关人员归属其他系所管理。
中心总人数约220人，科学部人数占总人数的40%左右，其中超过一半是访问学者。
科学部下分约7个组，分别是三轴、非弹准弹、衍射、反射、小角、计算、实验室及样品环境（人员归设备部管理）。
其中，科学部为每台谱仪配有至少一个谱仪科学家，他们都是经验丰富的中子散射研究专家，同时几乎每台仪器上都配有一名年轻的科学家，以有效的帮助用户开展中子散射实验研究。
设备部的机械、电子、样品环境等专门人才为实验研究的日常开展提供了有力保证。
堆运行部保证了中子源的安全稳定运行。
图1，NCNR组织结构
经费
运行经费约三千万美金每年，主要来自STRS，另外来自NSF三百万美金每年。
新扩展计划经费约一千二百万美金每年。
反应堆中子源
20MW反应堆，中子注量率？
，配有冷中子源和七条导管用于引出冷中子束，七条热中子导管。
每年提供约250天的开堆运行时间，为众多中子仪器提供稳定的热中子和冷中子束。
该堆于1969年开始用于中子科学研究，起初功率只有10MW和热中子设备，后升级功率翻倍，后引入液氢冷中子源，并建设多条冷中子导管和多台先进的冷中子仪器。
这些中子仪器，尤其是冷中子仪器使得NCNR成为美国领先。
最近，该反应堆又获得批准了附加20年的运行许可，而且正在实施的扩建计划将提升堆的稳定性，并新建冷中子源、多条中子导管、多台中子仪器，以进一步提升该中心的能力。
中子谱仪
目前共有25仪器正在运行，见图2，其中主要是中子散射设备，包括9台中子弹性散射仪器，10台中子非弹性和准弹性散射仪器，可服务于研究各种凝聚态物质的结构和动力学性质。
其他类型中子仪器包括中子照相、活化分析、中子物理等。
不同种类的中子仪器详细列表见表1。
表2是2009年各类仪器的运行情况，可以看出基本所有类型的仪器的需求都远不能满足，总体供需比例达到了1：
2，尤其小角、反射和非弹性仪器的绝对需求量还远未能满足。
图2，NIST中子科学中心现有仪器分布图
图3，NCNR现有导管大厅及其中子仪器
表1，NCNR中子设备详细列表
分类
对应仪器
仪器特点
备注
衍射（2台）
粉末衍射BT1
高分辨，用户多
应力仪器BT8
小角（3台）
30米小角NG7SANS
针孔几何，用户多
每年
200实验
15论文
80文章
30米小角NG3SANS
针孔几何，通量稍高，用户多
超小角USANSBT5
小Q区间
反射（3台）
水平样品反射NG7
自由液体表面
极化反射NG1
磁性薄膜
反射AND/R
非镜反射，生物
非弹性（8台）
三轴BT7
三轴BT9
极化三轴NG5
MACSNG0
FANSBT4
背散射NG2
飞行时间NG4
自旋回波NG5
其他（6台）
中子照相BT2
中子干涉NG7
中子物理NG6
测试站NG7
瞬发伽马NG7
冷中子
冷中子厚度仪NG1
表2，不同类型仪器使用情况统计
实验和技术支撑体系
NCNR拥有样品环境、实验室、机械电子学、计算软件等较完善支撑配套设备，这些设备配有专人负责维护，并由专业小组和经验丰富的资深谱仪科学家提供专业技术保证，这些保证其优质的服务水平。
有一批中子散射专家即精通谱仪技术有熟悉相关科学研究，使得NCNR能不断创新、提升仪器测量能力，同时又能有效的与外界用户科学家沟通交流。
从某种程度上在科学问题与方法技术之间架起桥梁。
有专门极化中子小组，服务3He极化器的建设，利用其他资源发展中子束准直、探测、单色等技术。
有专门样品环境小组负责温度、压力、磁场等常规样品环境设备的运行管理维护。
通用常规环境设备较完备，例如有多台CCR设备等。
部分研究人员自行设计开发特殊用途样品环境设备，例如湿度、冲放气体装置等。
有多间实验室和相关设备服务于样品的准备、处理和其他测量，例如：
拥有化学实验室、生物实验室、薄膜实验室、粉末衍射实验室、X射线实验室，并设有专人负责。
有其它简单机械加工，电子学软硬件等服务。
有小组负责开发数据处理方法和程序，例如，属于DAVE计划的反射数据处理软件等。
同时，还在不断的完善改进仪器控制软件系统和数据获取系统。
对外合作和用户政策
NCNR通过多种途径实现与外界的有效沟通，从而提供高效的服务，包括引入研究项目公平竞争评选，合作建设仪器，合作开展研究等方式。
所有仪器均对外开放，中子束流时间的分配，主要采用外部用户递交申请，再由专家委员会评比公平竞争的方式，另外用户也可通过合作研究获得束流时间。
研究成果若公开发表，则不收取任何费用。
若是属于保密和追求利益性质的研究则收取费用。
NCNR与很多家单位合作建设谱仪，例如包括与NSF合作（CHRNS）,与IBM、Exxon、马里兰大学等单位的合作。
NCNR每年办暑期班，推广普及中子散射技术。
成绩和国际地位
从每年的发表文章情况来看，NCNR每年完成论文总数约330篇，仅次于ILL（550-600篇）和ISIS（350-400篇），高影响因子的文章>35篇，仅次于ILL。
NCNR获得用户和同行的广泛好评，吸引了很多用户前来开展研究。
应该说总体上占据国际领先的地位。
图4，2009年NCNR发表文章情况统计
图4，1987-2009年NCNR服务研究人员情况统计
NCNR扩建计划介绍
NCNR扩建计划：
通过在NCNR新建多条中子束线和多台冷中子仪器,以满足美国对冷中子测量研究强烈需求的一项五年计划。
年经费约一千二百万美元。
背景和目的
先进的冷中子技术极大地提高和扩展了中子束的利用效率和能力，也充分利用了反应堆中子源的优势，使得NCNR在生物技术和材料研究等方面作用更加强大和重要。
美国对冷中子测量研究需求越来越强烈，现有仪器设备和基础支撑远不能满足，例如前面提到用户对SANS技术束流时间的需求仅有一半能够满足。
因此2007年NIST出台了一项五年计划，旨在通过新建多条中子束线和多台冷中子仪器以提升冷中子测量的能力。
具体目标
建成一批全新的世界先进仪器，直接服务于科研和工业需求
使NCNR的整体测量能力提升25%以上
引领NCNR的用户政策，实现每年多服务500名研究人员
提高运行效力
具体内容
1，建设第二个高性能冷中子源
2，设计新的中子导管系统
3，一批新的先进冷中子谱仪
4，建设新的导管大厅
5，提高反应堆运行效率等相关工作
图5，NCNR扩展计划图，其中红色为新建仪器和导管
新建仪器
选择波段较宽，不要求很高分辨的仪器，例如高强度低分辨粉末衍射仪、小角散射仪等。
选择建设用户需求高，反应堆中子源具有相对优势的中子谱仪。
小角散射的供需比大约为2：
1。
再建一台，仍然不能满足需求，而且会有越来越多的人会知道并利用这种技术。
尽管DCS非常成功，也不再建设，因为散裂源上能做的更好。
新建的谱仪包括：
低分辨高强度衍射仪MaterialsDiffractometer
可实现快速测量,VelocitySelectorandPSD
白光反射/衍射仪CANDOR
白光入射，多个分析器，新概念
甚小角散射仪VSANS
多孔几何，小Q测量
多束非镜面反射仪MAGIK
多束非镜面，面内结构
多用中子物理和成像装置
另外，还有10m小角升级Modernized10mSANS
:
MD
CD
VS
MG
physics
and imaging
主要参考文献
1，NCNR网站，www.ncnr.nist.gov
2，NCNRAnnualreport
3，TalksbyDanNeummannandothernistpeople
注，部分数据信息为作者综合概括，非直接引用，因此可能存在一定偏差
部分相关图片附后
NCNRNewGuideHall
NCNRNewGuideHall
Neutronphysics
Neutronimaging
Beamdelivery
Newneutronguide
2007Feb
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