我國在高端中子科學(xué)儀器領(lǐng)域取得又一重大突破。上海交通大學(xué)近日宣布，其自主設(shè)計(jì)研制的新一代中子譜儀“洛書”，于今年10月28日順利通過技術(shù)驗(yàn)收。作為一臺超長多模式中子小角散射譜儀，“洛書”的量程、瞬時(shí)量程、譜儀全長等關(guān)鍵指標(biāo)均直指世界第一，這臺核能“超級顯微鏡”的問世，將大力推動中子技術(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。

發(fā)布會上，項(xiàng)目首席科學(xué)家與建設(shè)負(fù)責(zé)人，上海交通大學(xué)巴黎卓越工程師學(xué)院與材料科學(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，通過一幅幅照片，揭開了“洛書”中子譜儀的真容，它位于中國綿陽研究堆冷中子散射大廳內(nèi)，最引以為傲的，便是其46米體長，在目前同類譜儀中位列第一。

大塊頭如何有大智慧？作為一臺核能“超級顯微鏡”，“洛書”巧妙利用了中子穿透力高、元素辨識力強(qiáng)等特性，來實(shí)現(xiàn)對微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨無損表征，其超長的準(zhǔn)直器，以及在23米真空腔內(nèi)部首創(chuàng)的三探測器系統(tǒng)，使它能覆蓋從微米到亞納米量級的測量范圍，還可同時(shí)探測到納米至微米級結(jié)構(gòu)的變化，測量精度相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的百分之一到十萬分之一，對理解物質(zhì)演化規(guī)律、開發(fā)新型高性能材料具有重大意義。

“三探測器相當(dāng)于我們獲得了更精準(zhǔn)的測量結(jié)果。就像電視機(jī)，以前是16寸40寸，現(xiàn)在我們有100寸的彩電，我們是不是看得更精準(zhǔn)了呢”，關(guān)于“洛書”這臺“巨無霸”的“超能力”，鐘圣怡給看看新聞KNEWS記者舉了個(gè)形象的例子“像我們在一些高分子，它在使用的過程中或者在受熱加工的過程中，整個(gè)尺度變化跨度非常大，但是我們?nèi)绾稳ピ挥^察，因?yàn)槟阕鲭婄R的話沒有辦法去通過加熱或者水域環(huán)境我去做 我們中子小角散射，它的樣品環(huán)境可以承載很多形式，因?yàn)樗菬o損的，它怎么變我怎么去觀察，這是很重要的，也是其他技術(shù)比較難以實(shí)現(xiàn)的?！?br/>

但“大塊頭”并非一天養(yǎng)成?！奥鍟爆F(xiàn)今引以為傲的46米譜儀長度，實(shí)則是歷經(jīng)一次重大革新后的成果。起初，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，他們深入探索，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，敏銳地意識到39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)行重大升級改進(jìn)，使譜儀總長達(dá)到46米，極大地拓寬了量程范圍。這不僅大幅提升了“洛書”的性能，更為中子科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展注入了強(qiáng)勁的新動力。

從航天航空、核電、船舶深海、生物醫(yī)學(xué)到文物保護(hù)，在國際上，中子散射技術(shù)已在諸多領(lǐng)域扮演著重要角色。2019年，在 “雙一流”建設(shè)項(xiàng)目的支持下，上海交大對接國家重大工程亟需與前沿科研發(fā)展需求，建設(shè)國際頂尖的中子科學(xué)平臺。中子平臺依托中國綿陽研究堆，建設(shè)了兩臺先進(jìn)中子科學(xué)譜儀“河圖”和“洛書”。其中，由上海交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)并研制的國內(nèi)首臺冷中子應(yīng)力譜儀“河圖”，已于2022年初通過驗(yàn)收、正式運(yùn)行，主要針對工程應(yīng)用問題，實(shí)現(xiàn)對航空發(fā)動機(jī)單晶葉片、核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)件、深海壓力容器、半導(dǎo)體晶圓等關(guān)鍵工程構(gòu)件進(jìn)行無損定量測試。

“洛書”譜儀上線后，除了具備為工程項(xiàng)目安全診斷的能力外，還將更多面向科學(xué)家用戶，為基礎(chǔ)科學(xué)研究、新材料研發(fā)提供全新的中國視角。明年，瞄準(zhǔn)更加高效更加精準(zhǔn)的核能“超級顯微鏡”，“洛書”還計(jì)劃完成二期升級。