ICS 19.100 J 04
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T38944—2020
无损检测 中子小角散射检测方法 Non-destructive testing-Testing method of small-angle neutron scattering
2020-12-01实施
2020-06-02 发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T38944—2020
目 次
前言引言 1 范围
III
IV
规范性引用文件 3 术语和定义
2
符号 5 方法概要 6 检测系统和器材
4
n
谱仪准备样品检测数据处理
9
10 检测报告附录A（规范性附录） 探测器的校正附录B（规范性附录） 绝对散射强度校正附录C（规范性附录） 谱仪分辨率附录D（规范性附录） 误差分析参考文献
12
13
4
16
17 GB/T 38944—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提出并归口。 本标准起草单位：中国工程物理研究院核物理与化学研究所、中国科学院长春应用化学研究所、
上海材料研究所、中国科学技术大学、中国科学院高能物理研究所、中国原子能科学研究院、上海交通大学、中国科学院金属研究所
本标准主要起草人：闫冠云、陈杰、陈波、孙光爱、黄朝强、刘栋、钱达志、刘耀光、龚建、门永锋、丁杰、 李良彬、程贺、王芳卫、李天富、钟圣怡、蔡桂喜。
II GB/T 38944—2020
引言
中子小角散射是由样品中纳米到亚微米尺度结构不均勾性引起的、位于入射中子束附近（通常小于
10°）的相干散射。中子小角散射试验指利用中子小角散射谱仪测量人射中子束附近的相干散射信号，并进行数据处理与分析，以获得样品内部纳米到亚微米尺度结构信息的试验方法，典型可测量结构包含金属样品中的析出相、气泡，矿石样品中的孔洞，陶瓷、高分子、溶液样品中的聚集体等，为便于表述，本标准中用第二相粒子代指上述特征结构。中子小角散射试验可以给出第二相粒子的含量、尺寸分布、比表面积等信息，特定条件下，还可以分析第二相粒子的形状。随着我国大型中子散射科研设施的建设和发展，借助中子小角散射试验开展研究工作的用户群体将不断扩大，因此制定相关无损检测方法可为检测样品中第二相粒子提供技术规范
中子小角散射试验获得的数据是倒易空间信息，通过数据反演分析可以给出实空间中样品第二相粒子的结构信息，其数据分析和解释经常和扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等其他观测方法结合使用。
IV GB/T38944—2020
无损检测中子小角散射检测方法
警示一一本标准不涉及任何安全问题，即使有任何这方面的内容，也是与其应用有关。使用的安全和健康行为规范由本标准的用户建立，并在使用本标准时加以遵守。
1范围
本标准规定了基于反应堆中子源的中子小角散射试验检测样品内部第二相粒子（微孔洞、析出相
填料等)尺寸分布、含量和比表面积的方法。
本标准适用于第二相粒子尺寸在纳米到亚微米范围的统计各向同性的稀疏样品体系。本标准适用于金属、陶瓷、高分子、矿物等固体样品的检测，对于液体样品可参考执行，适宜的样品厚度约0.5mm~ 10mm（例如，高分子样品约0.5mm~3mm，陶瓷、矿物约0.5mm~5mm，常用金属材料约0.5mm~ 10 mm)。
规范性引用文件
2
SAG
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T12604.8无损检测术语中子检测 GB/T12604.11无损检测术语X射线数字成像检测 GB/T26140无损检测测量残余应力的中子衍射方法 GB/T30705微束分析电子探针显微分析波谱法实验参数测定导则 GB/T 36053 3X射线反射法测量薄膜的厚度、密度和界面宽度仪器要求、准直和定位、数据采
集、数据分析和报告
3术语和定义
GB/T12604.8、GB/T26140、GB/T12604.11、GB/T36053、GB/T30705界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1
稀疏体系dilutesystem 所包含的待测粒子浓度低（例如第二相体积比在1%以内的金属、高分子材料），粒子间相互作用可
忽略不计的体系。 3.2
中子散射长度 neutron scatteringlength 中子被原子核散射的几率，具有长度量纲
3.3
中子散射长度密度 neutron scattering lengthdensity 单位体积内所有原子与中子作用并发生散射的总几率，它等于单位体积内所有原子的中子散射长
度之和。
1 GB/T 38944—2020
3.4
衬度差 contrast 第二相粒子与基体之间散射长度密度的差值。
3.5
绝对散射强度 absolute intensity 中子与单位体积样品弹性散射作用的微分截面值，注：又称宏观微分散射截面。
4符号
表1中所列符号适用于本文件。
表1 常用符号含义及单位
符号 I ia I out 28 x SAG
含义入射中子束强度出射中子束强度
单位 s-1 s-1 rad nm nm=1
散射角中子波长
散射矢量（q=4πsino/α）
I(q) RG T V Q A0 dZ(q) dn dn
散射强度回旋半径透过率粒子体积散射长度密度
nm
nma cm~2 cm~2 cm= sr
衬度绝对散射强度
空间立体角
方法概要
5
中子小角散射是由样品中纳米到亚微米尺度结构不均勾性引起的、位于入射中子束附近（通常小于
10°）的相干散射。利用中子小角散射试验可以给出样品中第二相粒子的含量、尺寸分布、比表面积等信息。中子小角散射试验的基本原理如图1所示，当中子束照射到样品上时，部分中子会被样品散射，其中人射中子束附近的相干散射中子倒易空间（与真实空间相联系的傅里叶空间)分布与第二相粒子的形状和含量相关。中子小角散射谱仪利用二维位置灵敏探测器（简称二维位敏探测器）记录散射中子空间
2 GB/T38944—2020
分布，并通过角度换算给出散射强度I（g）与散射矢量9的关系，然后对I（g）-g数据进行分析即可推导样品第二相粒子的结构信息。
中子小角散射试验可以给出入射中子束照射范围内所有第二相粒子的统计信息。相对于X射线，中子对大部分的重元素具有深穿透优势，同时又对轻元素十分敏感，因此在金属、陶瓷、高分子、矿物等样品检测方面具有优势，而且样品不需要特殊处理，是一种无损检测的方法。中子小角散射试验获得的数据是倒易空间信息，通过数据反演分析可以给出实空间中样品第二相粒子的结构信息，其数据分析和解释经常和扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等其他观测方法结合使用。
1 0
10
26
%
。
X
说明： —样品；
1 2 3 20 散射角：
二维位敏探测器； I-q曲线；
散射中子到束流中心的距离；束流中心；5ZI 散射强度I（Q）；
0 Y X —--散射失量Q。
图1中子小角散射原理示意图
6 检测系统和器材
6.1概述
检测系统主要由中子源、中子导管、中子小角散射谱仪构成。其中，中子小角散射谱仪包含速度选
择器、监视器、准直器、样品台、二维位敏探测器等主要部件。测试需要样品盒、衰减片、中子强吸收材料等辅助器材。 6.2中子源
中子小角散射试验利用的中子源主要由裂变或散裂产生，前者见于稳态反应堆，后者属于加速器脉
冲中子源。中子小角散射试验常用波长范围为0.2nm2nm。在反应堆源上，通常利用速度选择器从多色中子束中选出特定波长的中子；在散裂源上，中子束由一系列含有不同波长中子的脉冲组成，可通过中子斩波器选出特定波长范围的中子。 6.3中子小角散射谱仪
反应堆的中子小角散射谱仪由速度选择器、监视器、准直系统和探测器组成，如图2所示。图中5 为样品台，样品的左侧为中子束流品质调节部件，用于获得特定波长和发散度的中子束：速度选择器（波
3 ICS 19.100 J 04
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GB/T38944—2020
无损检测 中子小角散射检测方法 Non-destructive testing-Testing method of small-angle neutron scattering
2020-12-01实施
2020-06-02 发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T38944—2020
目 次
前言引言 1 范围
III
IV
规范性引用文件 3 术语和定义
2
符号 5 方法概要 6 检测系统和器材
4
n
谱仪准备样品检测数据处理
9
10 检测报告附录A（规范性附录） 探测器的校正附录B（规范性附录） 绝对散射强度校正附录C（规范性附录） 谱仪分辨率附录D（规范性附录） 误差分析参考文献
12
13
4
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17 GB/T 38944—2020
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提出并归口。 本标准起草单位：中国工程物理研究院核物理与化学研究所、中国科学院长春应用化学研究所、
上海材料研究所、中国科学技术大学、中国科学院高能物理研究所、中国原子能科学研究院、上海交通大学、中国科学院金属研究所
本标准主要起草人：闫冠云、陈杰、陈波、孙光爱、黄朝强、刘栋、钱达志、刘耀光、龚建、门永锋、丁杰、 李良彬、程贺、王芳卫、李天富、钟圣怡、蔡桂喜。
II GB/T 38944—2020
引言
中子小角散射是由样品中纳米到亚微米尺度结构不均勾性引起的、位于入射中子束附近（通常小于
10°）的相干散射。中子小角散射试验指利用中子小角散射谱仪测量人射中子束附近的相干散射信号，并进行数据处理与分析，以获得样品内部纳米到亚微米尺度结构信息的试验方法，典型可测量结构包含金属样品中的析出相、气泡，矿石样品中的孔洞，陶瓷、高分子、溶液样品中的聚集体等，为便于表述，本标准中用第二相粒子代指上述特征结构。中子小角散射试验可以给出第二相粒子的含量、尺寸分布、比表面积等信息，特定条件下，还可以分析第二相粒子的形状。随着我国大型中子散射科研设施的建设和发展，借助中子小角散射试验开展研究工作的用户群体将不断扩大，因此制定相关无损检测方法可为检测样品中第二相粒子提供技术规范
中子小角散射试验获得的数据是倒易空间信息，通过数据反演分析可以给出实空间中样品第二相粒子的结构信息，其数据分析和解释经常和扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等其他观测方法结合使用。
IV GB/T38944—2020
无损检测中子小角散射检测方法
警示一一本标准不涉及任何安全问题，即使有任何这方面的内容，也是与其应用有关。使用的安全和健康行为规范由本标准的用户建立，并在使用本标准时加以遵守。
1范围
本标准规定了基于反应堆中子源的中子小角散射试验检测样品内部第二相粒子（微孔洞、析出相
填料等)尺寸分布、含量和比表面积的方法。
本标准适用于第二相粒子尺寸在纳米到亚微米范围的统计各向同性的稀疏样品体系。本标准适用于金属、陶瓷、高分子、矿物等固体样品的检测，对于液体样品可参考执行，适宜的样品厚度约0.5mm~ 10mm（例如，高分子样品约0.5mm~3mm，陶瓷、矿物约0.5mm~5mm，常用金属材料约0.5mm~ 10 mm)。
规范性引用文件
2
SAG
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T12604.8无损检测术语中子检测 GB/T12604.11无损检测术语X射线数字成像检测 GB/T26140无损检测测量残余应力的中子衍射方法 GB/T30705微束分析电子探针显微分析波谱法实验参数测定导则 GB/T 36053 3X射线反射法测量薄膜的厚度、密度和界面宽度仪器要求、准直和定位、数据采
集、数据分析和报告
3术语和定义
GB/T12604.8、GB/T26140、GB/T12604.11、GB/T36053、GB/T30705界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1
稀疏体系dilutesystem 所包含的待测粒子浓度低（例如第二相体积比在1%以内的金属、高分子材料），粒子间相互作用可
忽略不计的体系。 3.2
中子散射长度 neutron scatteringlength 中子被原子核散射的几率，具有长度量纲
3.3
中子散射长度密度 neutron scattering lengthdensity 单位体积内所有原子与中子作用并发生散射的总几率，它等于单位体积内所有原子的中子散射长
度之和。
1 GB/T 38944—2020
3.4
衬度差 contrast 第二相粒子与基体之间散射长度密度的差值。
3.5
绝对散射强度 absolute intensity 中子与单位体积样品弹性散射作用的微分截面值，注：又称宏观微分散射截面。
4符号
表1中所列符号适用于本文件。
表1 常用符号含义及单位
符号 I ia I out 28 x SAG
含义入射中子束强度出射中子束强度
单位 s-1 s-1 rad nm nm=1
散射角中子波长
散射矢量（q=4πsino/α）
I(q) RG T V Q A0 dZ(q) dn dn
散射强度回旋半径透过率粒子体积散射长度密度
nm
nma cm~2 cm~2 cm= sr
衬度绝对散射强度
空间立体角
方法概要
5
中子小角散射是由样品中纳米到亚微米尺度结构不均勾性引起的、位于入射中子束附近（通常小于
10°）的相干散射。利用中子小角散射试验可以给出样品中第二相粒子的含量、尺寸分布、比表面积等信息。中子小角散射试验的基本原理如图1所示，当中子束照射到样品上时，部分中子会被样品散射，其中人射中子束附近的相干散射中子倒易空间（与真实空间相联系的傅里叶空间)分布与第二相粒子的形状和含量相关。中子小角散射谱仪利用二维位置灵敏探测器（简称二维位敏探测器）记录散射中子空间
2 GB/T38944—2020
分布，并通过角度换算给出散射强度I（g）与散射矢量9的关系，然后对I（g）-g数据进行分析即可推导样品第二相粒子的结构信息。
中子小角散射试验可以给出入射中子束照射范围内所有第二相粒子的统计信息。相对于X射线，中子对大部分的重元素具有深穿透优势，同时又对轻元素十分敏感，因此在金属、陶瓷、高分子、矿物等样品检测方面具有优势，而且样品不需要特殊处理，是一种无损检测的方法。中子小角散射试验获得的数据是倒易空间信息，通过数据反演分析可以给出实空间中样品第二相粒子的结构信息，其数据分析和解释经常和扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等其他观测方法结合使用。
1 0
10
26
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X
说明： —样品；
1 2 3 20 散射角：
二维位敏探测器； I-q曲线；
散射中子到束流中心的距离；束流中心；5ZI 散射强度I（Q）；
0 Y X —--散射失量Q。
图1中子小角散射原理示意图
6 检测系统和器材
6.1概述
检测系统主要由中子源、中子导管、中子小角散射谱仪构成。其中，中子小角散射谱仪包含速度选
择器、监视器、准直器、样品台、二维位敏探测器等主要部件。测试需要样品盒、衰减片、中子强吸收材料等辅助器材。 6.2中子源
中子小角散射试验利用的中子源主要由裂变或散裂产生，前者见于稳态反应堆，后者属于加速器脉
冲中子源。中子小角散射试验常用波长范围为0.2nm2nm。在反应堆源上，通常利用速度选择器从多色中子束中选出特定波长的中子；在散裂源上，中子束由一系列含有不同波长中子的脉冲组成，可通过中子斩波器选出特定波长范围的中子。 6.3中子小角散射谱仪
反应堆的中子小角散射谱仪由速度选择器、监视器、准直系统和探测器组成，如图2所示。图中5 为样品台，样品的左侧为中子束流品质调节部件，用于获得特定波长和发散度的中子束：速度选择器（波
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