走近大科學工程

我們(men) 要製造自己的大飛機、高鐵、戰艦，哪種材料最合適？哪種構型最安全？出現了問題是什麽(me) 原因引起的？要研究這些問題，就必須借助能揭示原子、分子運動狀態的“中子散射技術”。

2015年，中國工程物理研究院（簡稱中物院）核物理與(yu) 化學研究所研製出國內(nei) 首個(ge) 投入科學研究和工程應用的中子科學平台，成為(wei) 研究物質結構及其動力學的最重要工具之一。運行3年來，這個(ge) 承載著老一輩科學家夢想的科學平台，發揮了哪些作用？日前，科技日報記者進行了采訪。

回答“原子在做什麽(me) ”

利用中子測定物質微觀結構的實驗方法稱為(wei) 中子散射，它不但可以告訴我們(men) “原子在哪裏”，還可以告訴我們(men) “原子在做什麽(me) ”，這也是當前測定物質微觀結構、無損檢測材料殘餘(yu) 應力、直接觀察材料磁通晶格的唯一工具。目前，世界上隻有反應堆和散裂中子源能產(chan) 生用於(yu) 中子散射實驗的中子束流，其中反應堆中子源是連續的穩態中子束流，散裂中子源產(chan) 生的是脈衝(chong) 中子源。

不同於(yu) 剛剛在廣東(dong) 宣布建成的中國散裂中子源，中物院中子科學平台依托2011年首次達到滿功率運行、固有安全性好、實驗空間大的中國綿陽研究堆和國內(nei) 首台冷中子源建立，擁有“麒麟”“鳳凰”等6台譜儀(yi) 。

平台負責人說，3年來在有機光電材料、高分子物理、可燃冰研究、國產(chan) 發動機研製等重要研究領域，都可以找到中子科學平台的身影。“平台首次實現通過中子方式，快速準確地觀察材料分子的溶液聚集行為(wei) ；首次獲得直徑1100毫米重達50公斤的發動機渦輪盤在特定區域的三維殘餘(yu) 應力分布準確數據，並成為(wei) 世界上少數具備可燃冰水合物研究條件的實驗室之一。”

“透視”發動機渦輪盤

航空、航天發動機的渦輪盤、葉片等高溫合金部件，需要在600至1200攝氏度高溫、一定應力作用下長期工作，並能夠抗氧化、抗腐蝕，隻有準確測量其應力分布的數值，才能優(you) 化其製造工藝。

“而要在不破壞部件結構的前提下，獲取高溫合金材料內(nei) 三維殘餘(yu) 應力的完整分布數據，中子殘餘(yu) 應力分析是唯一方法。”科研團隊成員說，用於(yu) 測量材料微觀力學行為(wei) 、代號“麒麟”的中子應力分析譜儀(yi) ，目前已在我國航空航天領域初顯身手。團隊在國內(nei) 首次獲得直徑1100毫米重達50公斤的發動機渦輪盤特定區域三維殘餘(yu) 應力分布的準確數據，還先後多次完成了飛機發動機渦輪盤、葉片和飛機蒙皮內(nei) 部殘餘(yu) 應力的分析以及擬合。

對可燃冰研究的條件非常苛刻，而平台中用於(yu) 晶體(ti) 結構、相變測量的高壓中子衍射譜儀(yi) “鳳凰”，則具備這樣的能力。目前，科研團隊已搭建了高壓低溫水合物合成與(yu) 表征實驗係統，成為(wei) 世界上少數具備可燃冰水合物研究條件的實驗室之一。

為(wei) 滿足多個(ge) 領域在各種極端條件下開展中子散射研究，三年來中物院科研團隊為(wei) 平台研發、製備了多種原位環境設備，還有測角儀(yi) 、電磁鐵、剪切流變儀(yi) 等國際常用的原位環境設備平台。