中子自旋回波技术利用中子自旋作为“时钟”,将中子能量或相位信息编码成中子自旋在磁场中的拉莫尔进动,基于该技术的中子自旋回波非弹性散射谱仪能量分辨率可达neV量级。自旋回波谱仪的关键指标参数——自旋回波时间与很多材料动力学时间处于同一量级,可用来研究材料动力学特性。为了推动中子散射技术发展及满足材料研究需求,中国工程物理研究院基于中国绵阳研究堆正在研制中子自旋回波谱仪。本文以建设性能先进的谱仪为出发点,开展模拟优化工作。通过对中子散射谱仪的模拟计算,可为谱仪部件选型及性能提升提供理论和数据支持。本文选择国际上广泛使用的中子散射谱仪模拟程序McStas 2.4与VITESS 3.4作为模拟计算工具,对中国绵阳研究堆中子自旋回波谱仪进行模拟计算。McStas 2.4用于包括中子分束导管、速度选择器、极化器及限束孔等中子光学部件在内的谱仪引束系统的模拟计算;VITESS 3.4用于样品前第一臂与样品后第二臂的磁场系统的模拟计算,旨在评估主磁场不均匀性、主磁场强度及束流发散度对分析器处中子极化率的影响。为满足谱仪安装及屏蔽空间,以分束导管出口距反射谱仪1.0 m为边界条件,模拟研究中子分束导管的弯导管长度、曲率半径、通道个数及弯导管与直导管的超镜因子对样品处中子通量与能谱的影响。根据模拟计算结果,建议分束导管的弯导管长度为4.25 m,曲率半径为40.0 m,通道数为6,超镜因子为3.0;直导管超镜因子为2.5。在样品处中子束斑为30.0 mm×30.0 mm的条件下,样品处总中子通量约为1.29×109n·s-1。模拟计算速度选择器转子转轴倾角分别为-10°、0°及+10°时,选择波长分别为0.6 nm、0.8 nm及1.0 nm的中子束;解析计算转子转轴倾角分别为-10°、0°及+10°时,速度选择器波长选择范围。根据模拟计算结果,速度选择器波长分辨率约为7.7%-23.5%;根据解析计算结果,速度选择器波长选择范围约为0.6 nm～2.9 nm。模拟研究S-Bender极化器截面尺寸、曲率半径、长度及超镜因子对分束导管出口处中子极化率及样品处中子通量的影响。根据模拟计算结果,建议S-Bender极化器截面尺寸为35.0 mm×35.0 mm,曲率半径为1.0 m,长度为7.0 cm,超镜因子为3.6。此时0.4 nm～1.0 nm范围内的中子极化率在95.0%以上。对比优化前后分束导管出口处中子极化率和样品处中子通量,模拟研究限束狭缝宽和高对样品处中子通量及束流发散度的影响。优化后,在限束狭缝均为30.0 mm×30.0 mm的条件下,波长分别为0.6nm、0.8nm和1.0 nm的中子束在样品处中子通量分别下降约16.5%、14.4%和32.2%,而中子极化率得到提高,均高于95.0%。限束孔截面尺寸均为10.0mm×10.0 mm时,样品处束流发散度约为0.18°,样品处中子通量在105n·s-1量级;截面尺寸均为30.0 mm×30.0 mm时,束流发散度约为0.58°,中子通量在107 n.s-1量级,符合谱仪物理设计要求。一定主磁场强度下,主磁场不均匀性会影响中子自旋在磁场中进动角的一致性,进而影响中子极化率。计算优化表明,当主磁场强度为530.0Gs,若要使分析器处中子极化率不低于20.0%,对波长分别为0.6nm、0.8nm和1.0nm的中子束,主磁场不均匀性应分别不高于4.5×10-3、3.0×10-3、2.5×10-3。根据有限元分析结果,主磁场不均匀性约为2.0×10-3,符合设计需求。一定主磁场不均匀性下,主磁场强度会影响分析器处中子极化率。其主要原因为主磁场强度及相对不均匀磁场强度增加,中子自旋拉莫尔进动角不一致,进而影响中子极化率。计算优化表明,当主磁场不均匀2.0×10-3,若要使分析器处中子极化率不低于20.0%,对波长分别为0.6nm、0.8nm和1.0 nm的中子束,主磁场强度应分别不高于1200.0 Gs、800.0 Gs 和 700.0 Gs。一定主磁场强度及主磁场不均匀性条件下,束流发散度对分析器处中子极化率影响较小。当主磁场强度为530.0 Gs、主磁场不均匀性为2.0×10-3,对波长分别为0.6nm、0.8 nm和1.0 nm的中子束,分析器处中子极化率随束流发散度增加而变化较小,极化率变化在10.0%以内。限束孔截面尺寸均为30.0mm×30.0mm时,对波长分别为0.6nm、0.8 nm和1.0 nm的中子束,极化率分别为70.0%、60.0%和40.0%。本文研究结果可为中国绵阳研究堆纵向共振型中子自旋回波非弹性散射谱仪的部件选型及性能提升提供理论和数据支持。