首个中子科学平台 交出三年“成绩单”

           我们想制造自己的大型飞机、高速铁路和战舰。哪种材料最合适？哪种结构最安全？问题的原因是什么？要研究这些问题，我们必须使用能够揭示原子和分子运动状态的中子散射技术。

           2015年，中国工程物理研究所（以下简称中国物理研究所）开发了中国第一个投资于科学研究和工程应用的中子科学平台，成为研究物质结构及其动力学最重要的工具之一。在过去的三年里，这个承载着老一辈科学家梦想的科学平台发挥了什么作用？最近，《科技日报》记者接受了采访。

           回答原子在做什么

           利用中子测量物质微观结构的实验方法称为中子散射。它不仅可以告诉我们原子在哪里，还可以告诉我们原子在做什么。这也是测量物质微观结构、无损检测材料残余应力、直接观察材料磁通晶格的唯一工具。目前，世界上只有反应堆和散裂中子源才能产生用于中子散射实验的中子束流，其中反应堆中子源是连续稳态中子束流，散裂中子源产生脉冲中子源。

           与刚刚在广东宣布建成的中国散裂中子源不同，中国物业学院中子科学平台依托2011年首次实现全功率运行、固有安全性好、实验空间大的中国绵阳研究堆和中国首个冷中子源，拥有麒麟、凤凰等6台谱仪。

           该平台负责人表示，在过去的三年里，中子科学平台可以在有机光电材料、聚合物物理、可燃冰研究、国内发动机开发等重要研究领域找到。该平台首次通过中子快速准确地观察材料分子的溶液聚集；首次获得特定区域直径1100mm、重50kg的发动机涡轮盘三维残余应力分布准确数据，成为世界上少数具备可燃冰水合物研究条件的实验室之一。

           透视发动机涡轮盘

           航空航天发动机的涡轮盘、叶片等高温合金部件需要在600-1200摄氏度的高温和一定的应力下长期工作，并且可以抗氧化和腐蚀。只有准确测量其应力分布值，才能优化其制造工艺。

           中子残余应力分析是在不破坏零件结构的情况下获取高温合金材料中三维残余应力完整分布数据的唯一途径。科研团队成员表示，用于测量材料微观力学行为和代号麒麟的中子应力分析谱仪，在中国航空航天领域已经开始展示自己的技能。该团队首次获得了直径1100mm、重50kg的发动机涡轮盘特定区域三维残余应力分布的准确数据，并多次完成了飞机发动机涡轮盘、叶片和飞机蒙皮内部残余应力的分析和拟合。

           可燃冰的研究条件非常苛刻，而平台上用于晶体结构和相变测量的高压中子衍射谱仪凤凰具有这样的能力。目前，研究团队已经建立了高压低温水合物合成和表征实验系统，成为世界上为数不多的具备可燃冰水合物研究条件的实验室之一。

           为了满足多个领域在各种极端条件下开展中子散射研究，近三年来，中国物理学院研究团队开发制备了各种原位环境设备，以及测角仪、电磁铁、剪切流变仪等国际常用的原位环境设备平台。