我國再獲突破！“核能超級(jí)顯微鏡”升級(jí)面世
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】11月8日，上海交通大學(xué)宣布：以“洛書”命名的一臺(tái)超長多模式中子小角散射譜儀，日前在我國科學(xué)實(shí)驗(yàn)用反應(yīng)堆——中國綿陽研究堆(CMRR)順利通過技術(shù)驗(yàn)收。這是中國第一臺(tái)、世界第四臺(tái)脈沖型散裂中子源，被稱為“超級(jí)顯微鏡”，是當(dāng)今人類深度探索微觀世界的有力工具。
中子擁有很強(qiáng)的穿透力，達(dá)X射線的千倍以上，能夠輕松穿越航空發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆構(gòu)件、高速列車輪轂等關(guān)鍵工程部件，深入探測內(nèi)部的細(xì)微缺陷，確保這些關(guān)鍵組件在使用過程中的可靠性。對于新型能源材料、高性能結(jié)構(gòu)材料、生物材料等先進(jìn)材料，中子散射技術(shù)也能對其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確分析與研究，為材料科學(xué)進(jìn)步提供有力支持。
最新建成的“洛書”譜儀以其超過46米的長度，成為全球中子小角散射領(lǐng)域的巨無霸。它的超長準(zhǔn)直器與探測系統(tǒng)，使其能夠覆蓋從微米到亞納米量級(jí)的測量范圍，這一范圍相當(dāng)于普通人頭發(fā)絲直徑的百分之一到十萬分之一。“洛書”譜儀還全球首創(chuàng)了三探測器系統(tǒng)，能夠在同一時(shí)間探測到納米至微米級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，這對于理解物質(zhì)微觀演化規(guī)律、開發(fā)新型高性能材料具有重大意義。
建成運(yùn)行6年多來，中國散裂中子源已向全球科學(xué)家完成12輪開放，每年向用戶開放時(shí)間超過5000小時(shí)。目前，注冊用戶超過7000人，已完成1700多項(xiàng)課題，成為材料科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)、資源環(huán)境、新能源等方面的基礎(chǔ)研究和高新技術(shù)開發(fā)強(qiáng)有力的研究手段。
自2000年提出項(xiàng)目建議，到2018年通過國家驗(yàn)收正式投入運(yùn)行，到如今二期項(xiàng)目加快推進(jìn)，20余年里，為了建設(shè)這一國家大科學(xué)工程，中國科學(xué)院高能物理研究所老中青三代科研人員攻堅(jiān)突破了一系列科技難題，用智慧和汗水，使得整體設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)到90%以上，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效運(yùn)行。
“中子散射技術(shù)就像是一臺(tái)核能超級(jí)顯微鏡，它以其獨(dú)特的視角和強(qiáng)大的功能，成為探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有力手段。”這一重大科研項(xiàng)目由上海交通大學(xué)巴黎卓越工程師學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院雙聘教授，中子科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任鐘圣怡擔(dān)任首席科學(xué)家與建設(shè)負(fù)責(zé)人。
中國科學(xué)院院士樊春海當(dāng)天評價(jià)認(rèn)為，“洛書”具有超長的設(shè)備長度和極寬的散射矢量測量范圍，譜儀全長達(dá)46米，長度與量程領(lǐng)先于國際同類譜儀，散射矢量范圍達(dá)到3個(gè)數(shù)量級(jí)，具備廣角測量和瞬時(shí)大矢量跨度的特點(diǎn)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)納米到微米尺度的精準(zhǔn)表征，是當(dāng)前國際上少有的可進(jìn)行超大量程測量的裝置。
據(jù)悉，最開始，受限于物理環(huán)境，“洛書”譜儀的設(shè)計(jì)藍(lán)圖定格于39米。然而，研究團(tuán)隊(duì)并未止步于此，他們廣泛搜集來自不同科研領(lǐng)域的測試需求，并通過一系列嚴(yán)謹(jǐn)而細(xì)致的迭代論證過程，敏銳意識(shí)到不足40米的譜儀設(shè)計(jì)尚無法全面覆蓋若干至關(guān)重要的科研探索領(lǐng)域。面對這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)成功破解了技術(shù)升級(jí)過程中的重重難關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)了譜儀長度的飛躍性增長，通過對中子環(huán)境進(jìn)行重大升級(jí)改進(jìn)，使譜儀總長達(dá)到領(lǐng)跑世界的46米，極大拓寬了量程范圍。
這一重大科研項(xiàng)目的推進(jìn)，標(biāo)志著我國在高端中子科學(xué)儀器領(lǐng)域再次取得了重大突破，將大力推動(dòng)中子技術(shù)在航天航空、核電能源、化學(xué)化工、生物醫(yī)學(xué)、高鐵船舶以及基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的應(yīng)用，助力突破工程技術(shù)瓶頸，探索前沿科學(xué)疆界。
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