Ответственный за установку
Круглов Александр Александрович
тел. +7 (49621) 6-47-89
e-mail: akruglov(at)nf.jinr.ru
Основные направления исследований
Исследования внутренних напряжений в конструкционных материалах и промышленных изделиях
Общий вид установки
Окружение образца
Описание установки
Фурье-дифрактометр FSS на 13-м канале реактора ИБР-2 предназначен для исследования внутренних напряжений в конструкционных материалах и промышленных изделиях с помощью метода дифракции нейтронов высокого разрешения, который позволяет определять остаточные напряжения в объемных образцах с точностью около 20 МПа. Помимо проведения научных исследований, важным направлением научно-методической деятельности на FSS является дальнейшее развитие нейтронного корреляционного RTOF-метода для анализа упругого рассеяния нейтронов на кристаллах, а также разработка и тестирование новых детекторов, детекторной электроники и электроники накопления данных.
Реактор ИБР-2 является импульсным источником нейтронов с водяным гребенчатым замедлителем, в котором образующиеся в активной зоне реактора быстрые нейтроны замедляются до тепловых энергий. Таким образом, формируются импульсы тепловых нейтронов с частотой 5 Гц и длительностью ~350 мкс. Для увеличения светосилы дифрактометра и уменьшения уровня фона от быстрых нейтронов и γ-лучей первичный пучок нейтронов на FSS формируется с помощью вакуумированного зеркального нейтроновода, который состоит из двух участков - изогнутого и прямого.
В разрыве нейтроновода установлены: заслонка, обеспечивающая оперативное перекрытие нейтронного пучка и безопасный доступ к основным узлам установки, а также быстрый фурье-прерыватель, обеспечивающий необходимую модуляцию интенсивности нейтронного пучка. На периферии диска прерывателя имеются 1024 радиальные щели, аналогичные щели сделаны на пластине статора. Такой фурье-прерыватель обеспечивает модуляцию интенсивности нейтронного пучка частотой до ~100 кГц, при этом достигается довольно малая эффективная ширина импульса нейтронов (около 10 мкс), что и определяет высокий уровень разрешающей способности данного дифрактометра.
На выходе из прямого участка нейтроновода установлена диафрагма, которая регулирует высоту и ширину падающего пучка. Образец устанавливается в нужную позицию при помощи 4-осного гониометра HUBER с грузоподъемностью до 100 кг. При необходимости образец может помещаться в высокотемпературную печь. Детекторная система состоит из двух детекторов, установленных под углами 90 градусов к падающему пучку. Для выделения в глубине образца небольшого рассеивающего объема порядка нескольких мм3, в котором измеряются остаточные деформации, перед 90-градусными детекторами устанавливаются радиальные коллиматоры с пространственным разрешением 2 мм. Система автоматизации дифрактометра позволяет осуществлять локальное или дистанционное управление ходом эксперимента, а также гибко формировать программу измерений по заданным точкам сканирования в образце.
Высокое разрешение и точность регистрации небольших (порядка 10-3) относительных изменений межплоскостных расстояний в кристаллической решетке достигается благодаря специальной корреляционной методике – комбинации быстрого фурье-прерывателя для модуляции интенсивности первичного нейтронного пучка и RTOF-метода для накопления данных.
Основные характеристики
|
Изогнутый нейтроновод |
зеркальный, покрытие Ni/Ti (m = 2) |
|
- длина, м |
17.32 |
|
- радиус кривизны, м |
1900 |
|
Размер нейтронного пучка на месте образца |
(0 ÷ 10) ´ (0 ÷ 50) |
|
(переменный), мм |
|
|
Расстояние замедлитель - образец, м |
27.2 |
|
Расстояние прерыватель - образец, м |
11.43 |
|
Фурье-прерыватель (диск) |
высокопрочный Al сплав |
|
- внешний диаметр, мм |
540 |
|
- ширина щели, мм |
0.7 |
|
- число щелей |
1024 |
|
- макс. скорость вращения, об/мин. |
6000 |
|
- макс. частота модуляции пучка, кГц |
102.4 |
|
Ширина импульса тепловых нейтронов: |
|
|
- в режиме низкого разрешения, мкс |
340 |
|
- в режиме высокого разрешения, мкс |
9.8 |
|
Плотность потока нейтронов на образце (без |
1.2×106 |
|
прерывателя), нейтр./см2×с-1 |
|
|
Детекторы (2q=±90°) |
6Li, с временной фокусировкой |
|
Разрешение детекторов Dd/d (d=1÷1.5 Å) |
4×10-3 |
|
Диапазон по dhkl, Å |
0.5 ÷ 3.5 |
Окружение образца
- Высокотемпературная зеркальная печь с рабочей температурой до 1000 ºC
- Радиальные коллиматоры с пространственным разрешением 2 мм
- 4-хосный гониометр грузоподъемностью до 100 кг
Публикации
- Г.Д. Бокучава, А.А. Круглов, И.В. Папушкин, В.В. Журавлев, Т.Б. Петухова, С.М. Мурашкевич, Л.А. Трунтова, Н.Д. Зернин, Нейтронный фурье-стресс-дифрактометр FSS на реакторе ИБР-2: результаты модернизации и перспективы дальнейшего развития, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2022, № 5, с. 3-13. https://doi.org/10.31857/S1028096022050077
- Bokuchava, A. Kruglov, I. Papushkin, V. Zhuravlev, A. Kustov, A. Chernikov, A. Sirotin, N. Zernin, L. Truntova, S. Murashkevich, T. Petukhova, A. Bulkin, Fourier stress diffractometer FSS at the IBR-2 pulsed reactor, European Conference on Neutron Scattering (ECNS 2019), July 1-5, 2019, St. Petersburg, Russia. http://ecns2019.com