中子散射关键技术及前沿应用研究

来源：程贺研究员个人网站发布日期：2017-07-03

项目类别：重点基础研发项目
项目编号：2017YFA0403700
项目规模：第二课题负责人
参与人员：59人
起止日期：2017.07-2022.06

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大科学装置的建设与发展在推动国家科技原始创新方面具有不可替代的作用。中子散射技术以其独特的研究优势成为前沿科学研究和新材料、新工艺研发的有力工具。为此，我国总投资40 多亿兴建了三大国家中子源，中国先进研究堆（CARR）及中国绵阳研究堆（CMRR）已经建成并投入使用，中国散裂中子源（CSNS）将于2018 年建成。这标志着我国已经跻身中子散射应用大国行列，迎来前所未有的发展机遇。然而，中子谱仪关键部件长期依赖进口、新技术新方法开发滞后、在关键应用领域未充分发挥作用，这些问题严重制约着我国中子散射技术的发展，急需开展自主知识产权的设备研发、技术更新及应用，为赶超世界先进水平提供源动力。

为此，本项目根据我国中子散射科学平台建设、发展和应用需求，集中国内该领域优势力量，开展中子关键部件研制、新技术新方法开发及重点应用领域关键问题攻关。最终建设具有完全自主研发能力、掌握新技术前沿、应用领域深入广泛的国际先进中子科学测试平台，为中子散射在前沿科学及工业领域应用研究提供设备与技术支撑。

本项目将重点开展双聚焦硅单色器、石墨双晶单色器、Soller 型径向准直器等中子光学部件的自主研制，攻克高精度硅晶体定向切割、超薄大面积高平整度中子吸收层制备、高平行度大尺寸双单晶石墨片加工等关键技术，实现样品位置有效中子通量成量级提升，完成光学部件国产化进程，为我国自主建设高性能中子谱仪奠定坚实基础。

本项目针对3He 探测器资源短缺价格昂贵的瓶颈问题，开发专用于中子探测的陶瓷气体电子倍增器（GEM）, 攻克大面积（300mm×300mm）陶瓷GEM 膜的制备、涂硼以及快速读出电子学关键技术，率先实现二维高分辨大面积涂硼GEM 膜中子探测器国产化，性能指标达到国际领先水平，最终实现高性价比二维位置灵敏中子探测器的更新换代，促进我国中子探测技术实现跨越式发展。

本项目全面掌握自旋回波及全散射等先进中子散射技术，攻克共振型中子自旋翻转器高均匀度进动磁场耦合、基于散裂中子源中子全散射与小角散射融合等关键问题，突破传统中子散射谱仪技术在材料种类、探测尺度和能量分辨方面的限制，实现对无序材料多尺度结构表征，结合现有条件建成国内首套中子自旋回波技术原型装置，将能量分辨提高三个量级。

本项目针对我国航空航天、核工业等领域的迫切需求，充分发挥中子科学平台技术优势，突破相关领域三维、深度、无损、原位表征难题，开展高温镍基合金和钛合金三维深部应力场分布、高强塑镁合金织构演化以及核电不锈钢阀杆模拟工况下纳米析出相原位测试研究，深入揭示加工工艺和服役条件与关键工程材料性能和使用安全的内在关联，大力推动我国战略领域核心部件的发展和自主创新。

通过本项目的实施，我国将实现中子科学平台在中子光学、探测器等关键部件的国产化，并通过自主创新实现中子利用效能的飞跃提升。在中子散射新技术、新方法和工业应用方面取得重要进展，实现研究尺度和测试精度的重大突破，为中子散射在我国航空航天、核工业等工程材料领域的应用奠定坚实基础，促进我国中子散射的实验手段、研究水平和科研成果整体进入国际领先行列。

本项目集中国原子能科学研究院、中国科学院高能物理研究所、中国工程物理研究院核物理与化学研究所等中子平台建设单位，与吉林大学、中国航发北京航空材料研究院、北京大学等中子散射用户单位联合申请。项目团队不但拥有雄厚的中子散射部件研发实力与工程经验，而且在新材料研发及综合测试分析方面拥有强大的技术积累和完备的支撑条件。项目针对明确的研究目标及应用需求，提出了缜密的研制方案及可行的技术路线，将全面保证本项目的顺利实施

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