首個中子科學平臺 交出三年“成績單”

           我們想制造自己的大型飛機、高速鐵路和戰艦。哪種材料最合適？哪種結構最安全？問題的原因是什么？要研究這些問題，我們必須使用能夠揭示原子和分子運動狀態的中子散射技術。

           2015年，中國工程物理研究所（以下簡稱中國物理研究所）開發了中國第一個投資于科學研究和工程應用的中子科學平臺，成為研究物質結構及其動力學最重要的工具之一。在過去的三年里，這個承載著老一輩科學家夢想的科學平臺發揮了什么作用？最近，《科技日報》記者接受了采訪。

           回答原子在做什么

           利用中子測量物質微觀結構的實驗方法稱為中子散射。它不僅可以告訴我們原子在哪里，還可以告訴我們原子在做什么。這也是測量物質微觀結構、無損檢測材料殘余應力、直接觀察材料磁通晶格的唯一工具。目前，世界上只有反應堆和散裂中子源才能產生用于中子散射實驗的中子束流，其中反應堆中子源是連續穩態中子束流，散裂中子源產生脈沖中子源。

           與剛剛在廣東宣布建成的中國散裂中子源不同，中國物業學院中子科學平臺依托2011年首次實現全功率運行、固有安全性好、實驗空間大的中國綿陽研究堆和中國首個冷中子源，擁有麒麟、鳳凰等6臺譜儀。

           該平臺負責人表示，在過去的三年里，中子科學平臺可以在有機光電材料、聚合物物理、可燃冰研究、國內發動機開發等重要研究領域找到。該平臺首次通過中子快速準確地觀察材料分子的溶液聚集；首次獲得特定區域直徑1100mm、重50kg的發動機渦輪盤三維殘余應力分布準確數據，成為世界上少數具備可燃冰水合物研究條件的實驗室之一。

           透視發動機渦輪盤

           航空航天發動機的渦輪盤、葉片等高溫合金部件需要在600-1200攝氏度的高溫和一定的應力下長期工作，并且可以抗氧化和腐蝕。只有準確測量其應力分布值，才能優化其制造工藝。

           中子殘余應力分析是在不破壞零件結構的情況下獲取高溫合金材料中三維殘余應力完整分布數據的唯一途徑。科研團隊成員表示，用于測量材料微觀力學行為和代號麒麟的中子應力分析譜儀，在中國航空航天領域已經開始展示自己的技能。該團隊首次獲得了直徑1100mm、重50kg的發動機渦輪盤特定區域三維殘余應力分布的準確數據，并多次完成了飛機發動機渦輪盤、葉片和飛機蒙皮內部殘余應力的分析和擬合。

           可燃冰的研究條件非常苛刻，而平臺上用于晶體結構和相變測量的高壓中子衍射譜儀鳳凰具有這樣的能力。目前，研究團隊已經建立了高壓低溫水合物合成和表征實驗系統，成為世界上為數不多的具備可燃冰水合物研究條件的實驗室之一。

           為了滿足多個領域在各種極端條件下開展中子散射研究，近三年來，中國物理學院研究團隊開發制備了各種原位環境設備，以及測角儀、電磁鐵、剪切流變儀等國際常用的原位環境設備平臺。