首個(gè)中子科學(xué)平臺(tái) 交出三年“成績(jī)單”

           我們想制造自己的大型飛機(jī)、高速鐵路和戰(zhàn)艦。哪種材料最合適？哪種結(jié)構(gòu)最安全？問(wèn)題的原因是什么？要研究這些問(wèn)題，我們必須使用能夠揭示原子和分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的中子散射技術(shù)。

           2015年，中國(guó)工程物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)物理研究所）開(kāi)發(fā)了中國(guó)第一個(gè)投資于科學(xué)研究和工程應(yīng)用的中子科學(xué)平臺(tái)，成為研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)最重要的工具之一。在過(guò)去的三年里，這個(gè)承載著老一輩科學(xué)家夢(mèng)想的科學(xué)平臺(tái)發(fā)揮了什么作用？最近，《科技日?qǐng)?bào)》記者接受了采訪。

           回答原子在做什么

           利用中子測(cè)量物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)方法稱(chēng)為中子散射。它不僅可以告訴我們?cè)釉谀睦铮€可以告訴我們?cè)釉谧鍪裁础＿@也是測(cè)量物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、無(wú)損檢測(cè)材料殘余應(yīng)力、直接觀察材料磁通晶格的唯一工具。目前，世界上只有反應(yīng)堆和散裂中子源才能產(chǎn)生用于中子散射實(shí)驗(yàn)的中子束流，其中反應(yīng)堆中子源是連續(xù)穩(wěn)態(tài)中子束流，散裂中子源產(chǎn)生脈沖中子源。

           與剛剛在廣東宣布建成的中國(guó)散裂中子源不同，中國(guó)物業(yè)學(xué)院中子科學(xué)平臺(tái)依托2011年首次實(shí)現(xiàn)全功率運(yùn)行、固有安全性好、實(shí)驗(yàn)空間大的中國(guó)綿陽(yáng)研究堆和中國(guó)首個(gè)冷中子源，擁有麒麟、鳳凰等6臺(tái)譜儀。

           該平臺(tái)負(fù)責(zé)人表示，在過(guò)去的三年里，中子科學(xué)平臺(tái)可以在有機(jī)光電材料、聚合物物理、可燃冰研究、國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)等重要研究領(lǐng)域找到。該平臺(tái)首次通過(guò)中子快速準(zhǔn)確地觀察材料分子的溶液聚集；首次獲得特定區(qū)域直徑1100mm、重50kg的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)三維殘余應(yīng)力分布準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，成為世界上少數(shù)具備可燃冰水合物研究條件的實(shí)驗(yàn)室之一。

           透視發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)

           航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤(pán)、葉片等高溫合金部件需要在600-1200攝氏度的高溫和一定的應(yīng)力下長(zhǎng)期工作，并且可以抗氧化和腐蝕。只有準(zhǔn)確測(cè)量其應(yīng)力分布值，才能優(yōu)化其制造工藝。

           中子殘余應(yīng)力分析是在不破壞零件結(jié)構(gòu)的情況下獲取高溫合金材料中三維殘余應(yīng)力完整分布數(shù)據(jù)的唯一途徑。科研團(tuán)隊(duì)成員表示，用于測(cè)量材料微觀力學(xué)行為和代號(hào)麒麟的中子應(yīng)力分析譜儀，在中國(guó)航空航天領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始展示自己的技能。該團(tuán)隊(duì)首次獲得了直徑1100mm、重50kg的發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)特定區(qū)域三維殘余應(yīng)力分布的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并多次完成了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)、葉片和飛機(jī)蒙皮內(nèi)部殘余應(yīng)力的分析和擬合。

           可燃冰的研究條件非常苛刻，而平臺(tái)上用于晶體結(jié)構(gòu)和相變測(cè)量的高壓中子衍射譜儀鳳凰具有這樣的能力。目前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了高壓低溫水合物合成和表征實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，成為世界上為數(shù)不多的具備可燃冰水合物研究條件的實(shí)驗(yàn)室之一。

           為了滿足多個(gè)領(lǐng)域在各種極端條件下開(kāi)展中子散射研究，近三年來(lái)，中國(guó)物理學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)制備了各種原位環(huán)境設(shè)備，以及測(cè)角儀、電磁鐵、剪切流變儀等國(guó)際常用的原位環(huán)境設(shè)備平臺(tái)。