甲烷水合物热中子散射特性研究

Methane hydrate (MH), the main component of combustible ice, is formed by methane molecular sealed into water clathrate. The hydrogen atom density of MH is higher than that of liquid methane and water, so MH could be developed as a new type of neutron moderator. In this program, we propose the thermal neutron scattering of MH moderator and conduct multi-discipline research. The density of functional theory (DFT) would be adopted to calculate the phonon spectra of MH, and relative modular of nuclear data processing system would be used to investigate thermal scattering law of MH, and cross section would be analyzed finally. Based on the calculated cross section, a new moderator would be designed. In the meanwhile, a hydrate reactor would be manufactured to synthesize the MH sample and the cross section measurement would be conducted in beam line 9 of China spallation neutron source with time of flight (TOF) method. The calculated result would be checked with experimental result.

甲烷水合物是由水分子构成的笼子内幽禁甲烷分子而形成的一种笼型晶体，其氢原子密度比水和液态甲烷都要高，有望作为一种新型中子慢化材料用于加速器或反应堆中子源提升其中子性能。本项目首次提出研究甲烷水合物作为慢化剂的热散射特性问题。采用密度泛函理论计算甲烷水合物的声子动力学特性，使用核数据处理程序相关模块研究其热散射率，研制热散射截面库，并用于中子源慢化器设计。同时搭建适用于中子热散射截面测量的水合物合成装置，基于中国散裂中子源的中子物理束线使用飞行时间法开展截面测量实验，并与计算结果对比校验证理论结果正确性。

甲烷水合物是由水分子构成的笼子内幽禁甲烷分子而形成的一种笼型晶体，其氢原子密度比水和液态甲烷都要高，有望作为一种新型中子慢化材料用于加速器或反应堆中子源提升其中子性能。本项目首次提出研究甲烷水合物作为慢化剂的热散射特性问题。采用分子动力学方法计算了甲烷水合物的声子动力学特性，使用核数据处理程序相关模块研究其热散射率，研制热散射截面库，并用于中子源慢化器设计。同时搭建适用于中子热散射截面测量的水合物合成装置，基于中国散裂中子源的中子物理束线使用飞行时间法开展截面测量实验，并与计算结果对比校验证理论结果正确性。结果表明，甲烷水合物在热区得到的中子通量比水要高，是一种较好的常温中子慢化材料。但是进一步使用，还需要考虑其辐照稳定性和高压安全性。