视频 | 上海交大发布新一代中子谱仪“洛书”

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。

“洛书”谱仪上线后，除了具备为工程项目安全诊断的能力外，还将更多面向科学家用户，为基础科学研究、新材料研发提供全新的中国视角。明年，瞄准更加高效更加精准的核能“超级显微镜”，“洛书”还计划完成二期升级。