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“为啥这样”测量精度达为啥这样头发丝直径的十万分之一，中子谱仪“洛书”发布

在中华传统文化中，“洛书”与“河图”齐名，蕴含了深奥的宇宙星象之理，“某种意义上，像是古代的大数据。”钟圣怡笑着说，在研究材料中的微观结构和宏观性能的联系时，团队想到了这个名字。

“洛书”谱仪。 本文图片均为 上海交大供图

继中国首台冷中子高分辨工程应力谱仪“河图”于2022年初通过验收并正式运行后，上海交通大学近日宣布：第二台同样由交大自主设计研制的超长多模式中子小角散射谱仪“洛书”（简称“洛书”谱仪）已于2024年10月28日顺利通过技术验收。

上海交大11月8日介绍，新一代中子谱仪“洛书”的量程、瞬时量程、谱仪全长等关键指标均直指世界第一。它的超长准直器与探测系统，使其能够覆盖从微米到亚纳米量级的测量范围，这一范围相当于普通人头发丝直径的百分之一到十万分之一。

洛书探测器腔

这一重大科研项目的推进，标志着中国在高端中子科学仪器领域再次取得了重大突破，将大力推动中子技术在航天航空、核电能源、化学化工、生物医学、高铁船舶以及基础研究领域的应用，助力突破工程技术瓶颈，探索前沿科学疆界。

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

河图谱仪

中子散射技术：核能超级显微镜，守护工程安全的“慧眼”

中子散射技术就像是一台核能超级显微镜，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手段。

回顾历史，在世界范围内，高铁轮毂破裂出轨、客机发动机叶片与机身蒙皮的断裂脱落，这些严重事故给人类带来了惨痛的教训。科学家们在事后，常利用中子散射技术，对这些破损的工程部件进行了深入诊断，揭示了问题的根源，并对加工制造流程进行了改进，从而有效避免了类似安全事故的再次发生。

洛书设计图

中子散射技术之所以能够成为工程安全的守护者，得益于中子本身的独特属性。相比X射线，中子拥有更强的穿透力（X射线的千倍以上），能够轻松穿越航空发动机、核反应堆构件、高速列车轮毂等关键工程部件，深入探测内部细微缺陷，确保这些关键组件在使用过程中的可靠性。此外，中子还能识别不同的同位素和磁结构信息，这使得它能够在静态结构和动力学研究中发挥双重作用。对于新型能源材料、高性能结构材料、生物材料等先进材料，中子散射技术能够对其微观结构进行精确的分析与研究，为材料科学的进步提供有力支持。

值得一提的是，中子对氢原子具有独特的敏感性。在氢动力汽车领域，中子散射技术可以帮助科学家精确定位氢气在金属中的位置和释放条件，从而提高氢动力汽车的效率和安全性。同时，在生物制药领域，中子散射技术更是展现出了其非凡的能力，它能够清晰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”：从科研与应用领域打造国际顶尖的中子科学平台

2019年，在上海交通大学“双一流”建设项目的支持下，上海交大对接国家重大工程亟需与前沿科研发展需求，建设国际顶尖的中子科学平台。中子平台依托中国绵阳研究堆，建设了两台先进中子科学谱仪“河图”和“洛书”。

最新建成的“洛书”谱仪，以其超过46米的长度，成为全球中子小角散射领域的巨无霸。它的超长准直器与探测系统，使其能够覆盖从微米到亚纳米量级的测量范围，这一范围相当于普通人头发丝直径的百分之一到十万分之一。“洛书”谱仪还全球首创了三探测器系统，能够在同一时间探测到纳米至微米级结构的变化，这对于理解物质微观演化规律、开发新型高性能材料具有重大意义。

河图谱仪+团队

“‘洛书’谱仪在设计上充分发挥冷中子特点，兼顾高强度与高分辨功能，能够对金属、高分子、生物蛋白、功能材料等的纳米结构进行定量无损表征。”中国科学院院士、上海交大化学与化工学院院长樊春海评价道， “洛书”具有超长的设备长度和极宽的散射矢量测量范围，长度与量程领先于国际同类谱仪，散射矢量范围达到三个数量级，具备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准表征，是当前国际上少有的可进行超大量程测量的装置。这些特性使“洛书”谱仪在探索亚纳米到微米尺度的微结构具有优势，满足材料、化学、生物、物理等不同科研领域的研究需求，为解析金属、高分子、生物蛋白、功能材料的复杂结构分析提供有效手段。

上海交大中子团队

在此之前，“河图”谱仪亦是由上海交大自主设计并研制的科学巨作，已于2022年初通过验收并正式运行。它的关键技术指标在全球同类型装置中处于国际先进水平，尤其在谱仪分辨率和应变测试分辨率等核心指标上，更是达到了国际领先的地位。“河图”谱仪应用广泛，能够对航空发动机单晶叶片、核反应堆结构件、深海压力容器、半导体晶圆等关键工程构件进行无损定量测试，为这些构件的服役安全评价和寿命预测提供强有力的科学支持。

航天航空、核电清洁能源的供给、生命医学、深海探索、高铁维检……从科学研究到工程应用，中子谱仪都在其中扮演着举足轻重的角色。随着“河图”与“洛书”两台中子谱仪的成功建设和启用，中子科学正逐渐成为上海交大的一张闪亮名片。学校介绍，围绕先进中子测试的关键技术，通过中子谱仪的高效利用，科学家们将继续展开全面攻关，孵化原创新、高水平成果，打破学科壁垒，推动中子技术在各领域的发展与应用，为解决国家工程难题、探索前沿科学提供坚实的技术支持。

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