上海交大发布新一代中子谱仪“洛书”|上海交大|中子谱仪|探测器|洛书|纳米

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我国在高端中子科学仪器领域取得又一重大突破。上海交通大学近日宣布，其自主设计研制的新一代中子谱仪"洛书"，于今年10月28日顺利通过技术验收。作为一台超长多模式中子小角散射谱仪，"洛书"的量程、瞬时量程、谱仪全长等关键指标均直指世界第一，这台核能超级"显微镜"的问世，将大力推动中子技术在航天航空、核电能源、化学化工、生物医学、高铁船舶以及基础研究领域的应用，助力突破工程技术瓶颈，探索前沿科学疆界。

发布会上，项目首席科学家与建设负责人，上海交通大学巴黎卓越工程师学院与材料科学与工程学院双聘教授、中子科学与技术全国重点实验室副主任钟圣怡，通过一幅幅照片，揭开了"洛书"中子谱仪的真容，它位于中国绵阳研究堆冷中子散射大厅内，最引以为傲的，便是其46米"体长"，在目前同类谱仪中位列第一。

"大块头"如何有"大智慧"？作为一台核能超级"显微镜"，"洛书"巧妙利用了中子穿透力高、元素辨识力强等特性，来实现对微观结构进行高分辨无损表征，其超长的准直器，以及在23米真空腔内部首创的三探测器系统，使它能覆盖从微米到亚纳米量级的测量范围，还可同时探测到纳米至微米级结构的变化，测量精度相当于头发丝直径的百分之一到十万分之一，对理解物质演化规律、开发新型高性能材料具有重大意义。

“三探测器相当于我们获得了更精准的测量结果。就像电视机，以前是16寸40寸，现在我们有100寸的彩电，我们是不是看得更精准了呢”，关于“洛书”这台“巨无霸”的“超能力”，钟圣怡给看看新闻KNEWS记者举了个形象的例子“像我们在一些高分子，它在使用的过程中或者在受热加工的过程中，整个尺度变化跨度非常大，但是我们如何去原位观察，因为你做电镜的话没有办法去通过加热或者水域环境我去做我们中子小角散射，它的样品环境可以承载很多形式，因为它是无损的，它怎么变我怎么去观察，这是很重要的，也是其他技术比较难以实现的。”

但“大块头”并非一天养成。“洛书”现今引以为傲的46米谱仪长度，实则是历经一次重大革新后的成果。起初，受限于物理环境，“洛书”谱仪的设计蓝图定格于39米。然而，研究团队并未止步于此，他们深入探索，广泛搜集来自不同科研领域的测试需求，并通过一系列严谨而细致的迭代论证过程，敏锐地意识到39米的谱仪设计尚无法全面覆盖若干至关重要的科研探索领域。面对这一发现，团队成功破解了技术升级过程中的重重难关，最终实现了谱仪长度的飞跃性增长，通过对中子环境进行重大升级改进，使谱仪总长达到46米，极大地拓宽了量程范围。这不仅大幅提升了“洛书”的性能，更为中子科学领域的发展注入了强劲的新动力。

从航天航空、核电、船舶深海、生物医学到文物保护，在国际上，中子散射技术已在诸多领域扮演着重要角色。2019年，在 “双一流”建设项目的支持下，上海交大对接国家重大工程亟需与前沿科研发展需求，建设国际顶尖的中子科学平台。中子平台依托中国绵阳研究堆，建设了两台先进中子科学谱仪“河图”和“洛书”。其中，由上海交通大学团队自主设计并研制的国内首台冷中子应力谱仪"河图"，已于2022年初通过验收、正式运行，主要针对工程应用问题，实现对航空发动机单晶叶片、核反应堆结构件、深海压力容器、半导体晶圆等关键工程构件进行无损定量测试。