中子散射技术在工程领域的应用

张书彦^*，高建波

东莞材料基因高等理工研究院，东莞，523808，中国

详细摘要：

引言：中子散射技术是以中子为探针研究材料内部微观结构信息的一种技术手段，它可以告诉我们“物质中原子在哪里，它们在如何相互作用”。中子的波长与物质晶格间距相匹配、穿透性强、具有磁矩、对轻元素及同位素灵敏、对样品的辐射损伤较小，是研究物质微观世界、分析和改进宏观性能的重要研究工具。中子散射是研究先进工业应用的重要支撑平台。特别是在满足国防、军工、核能等领域国家重大需求方面，中子散射技术为新型材料研发、关键装备无损检测等提供了不可替代的研究工具。

研究方法及应用案例：中子散射技术包括中子辐照、中子非弹性散射、中子反射、中子衍射、中子成像、中子小角散射等不同的实验技术。用于工程材料研究的中子散射技术主要包括中子成像、中子衍射和中子小角散射。中子成像是利用中子束穿透物体时的衰减情况，显示某些物体的内部结构的技术。小角散射可以开展材料或部件内部纳米尺度的缺陷、团聚、析出物、纳米颗粒的形状、大小和分布检测分析。中子衍射通过对晶面间距的精确表征，可以实现晶体材料深层内部弹性应变的直接无损测量，用于评估实际部件整体结构和变形参数，是材料应力表征与寿命评估机理深入研究的理想工具，可以开展残余应力测量、微观力学性能研究、工业冶金和制造过程模拟研究、织构测量、蠕变测量实验研究等等。

结论和展望：中子散射技术在工程领域所起的重要作用，已被国际科学界高度认同并广泛应用。国内中子工业用户和需求日益增多，相关研究和应用日渐广泛和不断深入。在中子散射技术工程应用发展方向上，有以下几点趋势：样品环境越来越复杂，高温、低温、力学等原位装置的集成度越来越高；实验操作越来越智能化，包括复杂样品的智能化定位和自动测量；中子组合技术研究越来越多，如中子衍射、中子成像、小角散射等技术组合；中子与非中子技术的组合研究越来越多，如XRD、同步辐射技术、数值模拟等等。展望未来，中子散射技术在工程材料领域的研究与应用将有助于推动我国材料与装备制造领域的基础研究和关键技术问题的自主化、本土化研究与攻关。