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关于中子散射技术的发展现状与建议
发布时间: 2024年10月25日
来源: 中国材料研究学会

自上世纪以来,欧美、日、韩等发达国家先后建立多座中子源,率先发展中子弹性、非弹性散射等实验技术,设计和建造了各类中子谱仪实验装置,在材料、物理、化学、医学等多学科及交叉领域研究中持续发挥重要作用。目前,多个国家围绕中子源已经形成了覆盖多学科领域的研究中心和创新基地,总体上配备了具有一定规模的中子谱仪装置集群,数据积累速度和体量成倍增长。这些机构将中子散射技术发展与重大战略需求紧密结合,成为新材料、新技术开发与评估的常规检测手段。其中,美国在中子散射技术的研发和应用方面具有世界领先地位,拥有多个散裂中子源大科学装置,如橡树岭国家实验室(ORNL)的散裂中子源(SNS)和洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)的散裂中子源(LANSCE),持续引领美国乃至世界范围内的材料、机械、物理、化学、生物医学等学科前沿探索和科技创新。

先进中子源是中子散射技术发展的基础,也是新一代中子谱仪装置更新迭代的前提条件。本世纪以来,中国绵阳研究堆CMRR,中国先进研究堆CARR以及中国散裂中子源CSNS相继建成并常态化运行,标志我国中子散射技术已经飞速发展时期。国内中子源与高校、企业成立联合实验室,发挥各自优势特色,强化中子散射在基础科研和前沿研究中的支撑服务作用。在硬件方面,多个科研团队在中子光学、中子探测、原位设备等方面的拥有了扎实的技术储备,具备部分高性能实验装置的开发能力;在数据分析方面,科研人员利用高性能装置系统所采集的高精度、多维度数据,不断更新迭代优化现有的实验策略和数据处理算法,在降低人为误差、提高数据可靠性的同时,深入挖掘海量数据背后的材料静、动态信息。可以说,经过多年发展,我国中子散射技术全方位取得进步,但无论中子散射技术的前端开发还是后端应用,都需要国内外各领域研究人员的深入合作,才能真正实现创新,解决关键的技术痛点和难点。

由于中子源稀缺的固有局限,不可避免地造成中子散射技术发展在技术迭代、新器件研发以及大范围推广应用等方面存在一定劣势。尽管不断新建的中子源机构,如中国散裂中子源、欧洲散裂中子源等会在一定程度上缓解这一状况,但中子源建设周期长,相关谱仪设备研发建造以及调试同样需要时间,同时面临各行业需求日益增加的问题。因此各国的中子散射束流机时仍然紧张,虽然大多数开放共享,但仍主要面向国内外前沿热点以及国内重大工程等重点关注的研究领域。显然,中子散射数据积累也是一项重要工作,避免低水平重复测试工作,建立系统科学的中子散射实验规划、规范的实验策略并不断积累实验数据库,尤其对于军事、能源、信息等特殊领域内结构材料的服役性能数据始终都是科技强国的核心机密,我国只能通过自主发展来突破技术封锁,实现科技创新、自立自强。此外,特定的中子散射谱仪需要专业的技术人员保障运行和维护,不同类别中子散射谱仪原理技术、设备功能和特点差异显著,在不断兴起建设的新型中子源和谱仪装置的前提下,存在谱仪科学家稀缺、仪器维护效率低的问题,对此我国尚未形成该领域的人才培养和晋升通道。

下面是关于中子散射技术发展的几点建议:

1、利用材料、机械、信工、电气等强势学科资源,整合发动优势科研力量,集智攻关,逐步掌握关键器件的自主研发能力,关键技术的自主可控发展;

2、针对国家重点需求,研制特定领域专用型谱仪及多物理场样品环境的辅助实验装置,丰富和增强中子散射谱仪的功能性和可靠性,切实解决关键技术问题;

3、加强专业型人才培养,凝聚科研骨干力量,吸纳各领域优秀技术人才加入到中子散射技术相关软、硬件研究队伍中去,提供专门的晋升渠道,建立科学、合理的评价标准体系,全方位保障中子散射实验技术持续发展;

4、从国家高度统筹规划一段时间内重点支持的研究领域,减少低水平的重复工作,提高实验效率,提升中子散射技术的服务支撑能力,围绕核电、航空、交通、信息、医学等重点领域打造专业性强的实验数据库,加快原始数据与技术储备进程;

5、加强国内外合作交流,聘请一流科学家主持客座研究,建立有效的合作机制,通畅合作渠道;以国内实验室为主体,形成国际一流的中子大科学装置研究平台与创新中心。