這臺核能超級顯微鏡穿透力達X射線千倍，我國高端中子科學儀器領域誕生巨無霸

摘要：上海交大研製新一代中子譜儀“洛書”，量程、瞬時量程、譜儀全長等關鍵指標均直指世界第一

河圖洛書這一神秘圖案被喻爲“宇宙魔方”，是遠古時代中國人按照星象排布時間、方向和季節的辨識系統，像陰陽八卦圖那樣探究着世界萬物的奧義。

8日，上海交通大學宣佈：以“洛書”命名的一臺超長多模式中子小角散射譜儀，日前在中國綿陽研究堆（CMRR）順利通過技術驗收。自主設計研製的新一代中子譜儀“洛書”，擁有超過40米級別的“體長”，領先全球範圍內的同類裝置至少一個“身位”，使其量程、瞬時量程、譜儀全長等關鍵指標均直指世界第一。

這標誌着我國在高端中子科學儀器領域取得重大突破，作爲開放型的科研服務公共平臺，將大力推動中子技術在航天航空、核電能源、化學化工、生物醫學、高鐵船舶以及基礎研究領域的應用。

洛書譜儀

中子散射技術“慧眼”守護工程安全

當飛機、高鐵等承載着無數生命安全的工程部件受損或需要進行精密檢測時，擁有“透視能力”的X射線就顯得力不從心，因爲它無法穿透厚重的金屬。此時，“中子”作爲特殊粒子，成了工程部件的“專屬醫生”。

洛書探測器腔

中子擁有更強的穿透力，達X射線的千倍以上，能夠輕鬆穿越航空發動機、核反應堆構件、高速列車輪轂等關鍵工程部件，深入探測內部的細微缺陷，確保這些關鍵組件在使用過程中的可靠性。對於新型能源材料、高性能結構材料、生物材料等先進材料，中子散射技術也能對其微觀結構進行精確分析與研究，爲材料科學進步提供有力支持。

洛書設計圖

值得一提的是，中子對氫原子具有獨特的敏感性。在氫動力汽車領域，中子散射技術可以幫助科學家精確定位氫氣在金屬中的位置和釋放條件，從而提高氫動力汽車的效率和安全性。同時，在生物製藥領域，中子散射技術能夠清晰展示蛋白質的內部結構，揭示生命奧秘。

中子團隊

“中子散射技術就像是一臺核能超級顯微鏡，它以其獨特的視角和強大的功能，成爲探索物質微觀結構的有力手段。”這一重大科研項目由上海交通大學巴黎卓越工程師學院、材料科學與工程學院雙聘教授，中子科學與技術全國重點實驗室副主任鍾聖怡擔任首席科學家與建設負責人。

洛書三探測器系統

她透露，交大自2018年起便自主設計並建設先進中子散射材料表徵平臺，致力推動中子譜儀技術及中子應用科學發展。事實上，在“雙一流”建設項目支持下，上海交大中子平臺依託中國綿陽研究堆，建設了兩臺“如兄弟般”的先進中子科學譜儀——“河圖”和“洛書”。其中“河圖”譜儀2022年初通過驗收並正式運行，對航空發動機單晶葉片、核反應堆結構件、深海壓力容器、半導體晶圓等關鍵工程構件進行無損定量測試，爲這些構件的服役安全評價和壽命預測提供強有力的科學支持。

河圖譜儀

中子新譜儀“長出”7米領跑世界

最新建成的“洛書”譜儀以其超過46米的長度，成爲全球中子小角散射領域的巨無霸。它的超長準直器與探測系統，使其能夠覆蓋從微米到亞納米量級的測量範圍，這一範圍相當於普通人頭髮絲直徑的百分之一到十萬分之一。“洛書”譜儀還全球首創了三探測器系統，能夠在同一時間探測到納米至微米級結構的變化，這對於理解物質微觀演化規律、開發新型高性能材料具有重大意義。

河圖譜儀

中國科學院院士樊春海當天評價認爲，“洛書”具有超長的設備長度和極寬的散射矢量測量範圍，譜儀全長達46米，長度與量程領先於國際同類譜儀，散射矢量範圍達到3個數量級，具備廣角測量和瞬時大矢量跨度的特點，使其能夠實現納米到微米尺度的精準表徵，是當前國際上少有的可進行超大量程測量的裝置。

洛書譜儀

解放日報·上觀新聞記者瞭解到，起初，受限於物理環境，“洛書”譜儀的設計藍圖定格於39米。然而，研究團隊並未止步於此，他們廣泛蒐集來自不同科研領域的測試需求，並通過一系列嚴謹而細緻的迭代論證過程，敏銳意識到不足40米的譜儀設計尚無法全面覆蓋若干至關重要的科研探索領域。面對這一發現，團隊成功破解了技術升級過程中的重重難關，最終實現了譜儀長度的飛躍性增長，通過對中子環境進行重大升級改進，使譜儀總長達到領跑世界的46米，極大拓寬了量程範圍。

洛書譜儀

“展望未來，‘洛書’不僅是科學家手中的重要研究利器，更將成爲推動產業升級的強大動力。”作爲法國國家技術科學院院士、香港工程科學院院士，香港城市大學機械工程學講座教授呂堅表示，它爲我們提供了一個跨學科、跨行業的高水平研究平臺，能夠在材料科學、航空航天、生物醫藥、能源動力、人工智能等關鍵領域中解決一系列科學與工程難題，帶來創新性解決方案，爲我國新質生產力的高質量發展提供重要支撐。