测量精度达到头发直径的十万分之一，中子谱仪“洛书”发布

在中华传统文化中，“洛书”和“河图”同名，蕴含着宇宙星象的深刻理论。“从某种意义上说，它就像一个古老的大数据。”钟圣怡笑着说，当研究资料中的微观结构与宏观特征相关联时，团队想到了这个名字。

洛书谱仪。 本文图片均为上海交通大学提供图片

继2022年初中国第一台冷中子高分辨率工程应力谱仪“河图”通过验收并正式运行后，上海交通大学近日宣布，2024年10月28日，第二台超长多模式中子小角透射谱仪“洛书”(以下简称“洛书”谱仪)已成功完成技术验收。

上海交通大学11月8日介绍，新一代中子谱仪“洛书”的关键指标，如量程、瞬间量程、谱仪总长等，都是世界第一。它的超长准直器和探测器可以覆盖从微米到亚纳米的测试范围，相当于普通人头发直径的百分之一到十万分之一。

洛书探测仪腔

这一重大科研项目的推进，意味着中国在高端中子科学仪器领域取得了重大进展，将大力推动中子科技在航空工程、核电能源、化工、生物医学、高铁和基础研究应用领域的发展，帮助突破工程技术瓶颈，探索前沿科学边界。

该项目由上海交通大学巴黎卓越工程师学校、材料科学与工程学院双聘教授、中子科学与技术国家重点实验室副主任钟圣怡担任首席科学家和建设负责人。

河图谱仪

中子透射技术：核能很显微镜，保护工程安全的“慧眼”

中子透射技术就像一个核能显微镜，它以其独特的视角和强大的功能，成为探索物质微观结构的有力途径。

回顾过去，在全球范围内，高铁轮毂破裂出轨，客机发动机叶片和机身皮肤断裂脱落，给人类带来了惨痛的教训。后来，科学家们经常使用中子透射技术来深入诊断这些损坏的工程部件，揭示了问题的根源，改进了加工制造流程，从而有效避免了类似安全事故的再次发生。

洛书设计图

由于中子本身的独特性，中子透射技术能够成为工程安全的守护者。与X射线相比，中子具有更强的穿透性(X射线的1000多倍)，可以轻松穿越飞机发动机、核反应堆部件、轨道列车轮毂等关键工程部件，深入检测内部微小缺陷，保证这些关键部件在使用过程中的可靠性。另外，中子还可以识别不同的同位素和磁结构信息，这使它能在静态结构和动力学研究中发挥双重作用。中子透射技术可以准确分析和研究新型能源材料、高性能结构材料、生物材料等先进材料的微观结构，为材料的科学进步提供有力支持。

值得一提的是，中子对氢原子有着独特的敏感性。在氢动力汽车领域，中子透射技术可以帮助科学家准确定位金属中氢气的位置和释放条件，从而提高氢动力汽车的效率和安全性。同时，在生物医学领域，中子透射技术显示出其非凡的能力，可以清晰地展示蛋白质的内部结构，揭示生命的奥秘。

洛书三探测器系统

洛书与河图”：打造国际顶级中子科学平台，从科研和应用领域。

2019年，在上海交通大学“双一流”建设项目的支持下，上海交通大学迫切需要满足国家重大项目和前沿科研发展需求，搭建国际顶级中子科学平台。中子平台依托中国绵阳研究堆，搭建了两个先进的中子科学谱仪“河图”和“洛书”。

由于其超过46米长，最新建成的“洛书”谱仪已成为全球中子小角透射领域的巨无霸。它的超长准直器和探测器可以覆盖从微米到亚纳米的测试范围，相当于普通人头发直径的百分之一到十万分之一。“洛书”谱仪也是世界上第一个三探测仪系统，可以同时探测纳米到微米结构的变化，对于了解物质的微观演变规律，开发新的高性能材料具有重要意义。

河图谱仪 团队

“洛书谱仪在设计中充分发挥了冷中子的特点，兼顾了高韧性和高分辨率功能，可以定量无损地表征金属、聚合物、生物蛋白、功能材料等纳米结构。中国科学院教授、上海交通大学化工学院院长樊春海评论说，“洛书”是世界上为数不多的可以进行超大量程检测的设备，具有超长的设备长度和极宽的透射矢量检测范围，长度和量程领先于国际同类谱仪，透射矢量范围达到三个量级，具有广角测量和瞬时大矢量跨度的特点，使其能够实现纳米到微米尺度的精确表征。这使得“洛书”谱仪从亚纳米到亚纳米的实践。μM型微结构具有满足材料、化学、生物、物理等不同科研领域研究需求的优点，为分析金属、高分子、生物蛋白、功能材料的复杂结构提供了有效的手段。

上海交通大学中子队

此前，“河图”谱仪也是上海交通大学自行设计开发的科学佳作，已于2022年初通过验收并正式运行。其关键技术指标在全球同类型设备中处于国际先进水平，尤其是在乐谱分辨率、应变测试分辨率等核心指标中，达到了国际领先地位。“河图”谱仪应用广泛，可无损定量检测飞机发动机单晶叶片、核反应堆零件、海底压力容器、半导体晶圆等关键工程部件，为这些部件的服务安全评价和寿命预测提供有力的科学支持。

中子谱仪在航空工程、核电绿色能源供应、生命医学、深海探索、高铁维修等方面发挥着极其重要的作用。从科学研究到工程应用。伴随着“河图”和“洛书”两个中子谱仪的成功建设和应用，中子科学逐渐成为上海交通大学的一张闪亮名片。据学校介绍，科学家将继续围绕先进的中子检测核心技术，通过中子谱仪的高效利用，孵化原创新、高水平成果，打破学科堡垒，推动中子技术在各个领域的发展和应用，为解决国家工程问题、探索前沿科学提供坚实的技术支持。

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