中子劳厄衍射系统的技术原理与应用

中子劳厄衍射系统的技术原理与应用

中子劳厄衍射系统来自法国格勒诺布尔的多国科学研究园劳厄·兰格文研究所，该研究所拥有高通量反应堆，可以提供多达35个仪器的中子束进行测量，主要针对结构材料科学研究方向，常年服务于欧洲各国科研人员。

基于He3构建的大面积中子探测器，造价昂贵，制造周期长，依赖于复杂的电子设备与控制器和系统通信。

但是随着CCD相机在分辨率、动态范围、通信速度方面的改进，使得CCD相机在搭配中子闪烁体的应用变成可行性高且造价低的替代品。

早期搭建的经典劳厄相机与PSEL合作完成，通过使用胶片和暗室显影设备搭建的Orient-Express，主要应用于快速检查晶体质量和定向。它由两个PSEL相机组成，观察一个平面闪烁体。入射的白中子束通过相机后，在反向散射位置撞击样品。衍射图样从相机机中读出，完成拼接，显示在电脑屏幕上。曝光时间一般在几秒钟到几分钟之间，大约在5年前，这套系统升级为CCD探测器，具备更高的通讯速度。

基于Orient-Express的成功，升级版的Cyclops被搭建出来。它由16个双倍高度八边形排列的相机组成。使相机聚焦在圆柱闪烁体上，并将样品置于圆柱体中心。保证留出足够大的样品空间的同时又能够容纳各种样品环境控制设备。

相机通过千兆以太网连接回到控制PC上，使用PSEL软件来进行处理图像拼接，动态范围拉伸，平场校正和平衡。整个机器由Linux计算机驱动，该计算机控制样品方向并通过内置的插座连接驱动PC作为黑盒探测器。在Orient-Express上使用相同的控制软件。拼接后的图像尺寸可达7680 x 2400（x16bit）像素，占整个球形探测器的70％。

该系统可在一系列温度下轻松的进行几分钟的图像采集并可查看是否发生结构更改；在允许的范围内可以快速，轻松的进行合理的质量结构分析，最大可进行（>1h）时长的图像采集。此外，获取的衍射光斑尺寸大于单点像素尺寸，因此系统能很好的区分伽马射线，宇宙射线或像素坏点等。

图3 采用ILL Cyclops相机检测红宝石中子衍射图

图4 中子劳厄衍射系统