这台核能超级显微镜穿透力达X射线千倍，我国高端中子科学仪器领域诞生巨无霸_新浪财经

转自：上观新闻

河图洛书这一神秘图案被喻为“宇宙魔方”，是远古时代中国人按照星象排布时间、方向和季节的辨识系统，像阴阳八卦图那样探究着世界万物的奥义。

8日，上海交通大学宣布：以“洛书”命名的一台超长多模式中子小角散射谱仪，日前在中国绵阳研究堆（CMRR）顺利通过技术验收。自主设计研制的新一代中子谱仪“洛书”，拥有超过40米级别的“体长”，领先全球范围内的同类装置至少一个“身位”，使其量程、瞬时量程、谱仪全长等关键指标均直指世界第一。

这标志着我国在高端中子科学仪器领域取得重大突破，作为开放型的科研服务公共平台，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。

洛书谱仪

中子散射技术“慧眼”守护工程安全

当飞机、高铁等承载着无数生命安全的工程部件受损或需要进行精密检测时，拥有“透视能力”的X射线就显得力不从心，因为它无法穿透厚重的金属。此时，“中子”作为特殊粒子，成了工程部件的“专属医生”。

洛书探测器腔

中子拥有更强的穿透力，达X射线的千倍以上，能够轻松穿越航空发动机、核反应堆构件、高速列车轮毂等关键工程部件，深入探测内部的细微缺陷，确保这些关键组件在使用过程中的可靠性。对于新型能源材料、高性能结构材料、生物材料等先进材料，中子散射技术也能对其微观结构进行精确分析与研究，为材料科学进步提供有力支持。

洛书设计图

值得一提的是，中子对氢原子具有独特的敏感性。在氢动力汽车领域，中子散射技术可以帮助科学家精确定位氢气在金属中的位置和释放条件，从而提高氢动力汽车的效率和安全性。同时，在生物制药领域，中子散射技术能够清晰展示蛋白质的内部结构，揭示生命奥秘。

中子团队

“中子散射技术就像是一台核能超级显微镜，它以其独特的视角和强大的功能，成为探索物质微观结构的有力手段。”这一重大科研项目由上海交通大学巴黎卓越工程师学院、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担任首席科学家与建设负责人。

洛书三探测器系统

她透露，交大自2018年起便自主设计并建设先进中子散射材料表征平台，致力推动中子谱仪技术及中子应用科学发展。事实上，在“双一流”建设项目支持下，上海交大中子平台依托中国绵阳研究堆，建设了两台“如兄弟般”的先进中子科学谱仪——“河图”和“洛书”。其中“河图”谱仪2022年初通过验收并正式运行，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，为这些构件的服役安全评价和寿命预测提供强有力的科学支持。

河图谱仪

中子新谱仪“长出”7米领跑世界

最新建成的“洛书”谱仪以其超过46米的长度，成为全球中子小角散射领域的巨无霸。它的超长准直器与探测系统，使其能够覆盖从微米到亚纳米量级的测量范围，这一范围相当于普通人头发丝直径的百分之一到十万分之一。“洛书”谱仪还全球首创了三探测器系统，能够在同一时间探测到纳米至微米级结构的变化，这对于理解物质微观演化规律、开发新型高性能材料具有重大意义。

河图谱仪

中国科学院院士樊春海当天评价认为，“洛书”具有超长的设备长度和极宽的散射矢量测量范围，谱仪全长达46米，长度与量程领先于国际同类谱仪，散射矢量范围达到3个数量级，具备广角测量和瞬时大矢量跨度的特点，使其能够实现纳米到微米尺度的精准表征，是当前国际上少有的可进行超大量程测量的装置。

洛书谱仪

解放日报·上观新闻记者了解到，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，敏锐意识到不足40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，使谱仪总长达到领跑世界的46米，极大拓宽了量程范围。

洛书谱仪

“展望未来，‘洛书’不仅是科学家手中的重要研究利器，更将成为推动产业升级的强大动力。”作为法国国家技术科学院院士、香港工程科学院院士，香港城市大学机械工程学讲座教授吕坚表示，它为我们提供了一个跨学科、跨行业的高水平研究平台，能够在材料科学、航空航天、生物医药、能源动力、人工智能等关键领域中解决一系列科学与工程难题，带来创新性解决方案，为我国新质生产力的高质量发展提供重要支撑。

图片来源：受访高校